(57)【要約】電動機または機械負荷の状態量をフィードバック制御する電動機制御装置であって、フィードバック制御系内に配置され、除去する周波数成分を変更可能な第１ノッチフィルタと、第１ノッチフィルタの中心周波数である第１のノッチ周波数を変更する第１ノッチ制御部と、第１のノッチ周波数の単位時間当たりの変化量を示すノッチ周波数変化率を逐次算出する変化率算出部と、ノッチ周波数変化率が、第１の所定範囲外の値となった場合に、ノッチ周波数変化率が第１の所定範囲外の値となった旨を示す信号を出力する変化率監視部とを備える。
2018061452.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電動機または機械負荷の状態量をフィードバック制御する電動機制御装置であって、
フィードバック制御系内に配置され、除去する周波数成分を変更可能な第１ノッチフィルタと、
前記第１ノッチフィルタの中心周波数である第１のノッチ周波数を変更する第１ノッチ制御部と、
前記第１のノッチ周波数の単位時間当たりの変化量を示すノッチ周波数変化率を逐次算出する変化率算出部と、
前記ノッチ周波数変化率が、第１の所定範囲外の値となった場合に、前記ノッチ周波数変化率が前記第１の所定範囲外の値となった旨を示す信号を出力する変化率監視部とを備える電動機制御装置。
【請求項２】
前記変化率算出部は、前記ノッチ周波数変化率が、前記第１の所定範囲よりも狭い第２の所定範囲外の値となった場合には、前記ノッチ周波数変化率を逐次算出する時間間隔を、前記ノッチ周波数変化率が、前記第２の所定範囲内の値である場合よりも短くして、前記ノッチ周波数変化率を算出する
請求項１記載の電動機制御装置。
【請求項３】
前記第１ノッチ制御部は、予め定められたノッチ周波数の範囲内に限って、前記第１のノッチ周波数を変更する
請求項１に記載の電動機制御装置。
【請求項４】
前記第１のノッチ周波数が、前記フィードバック制御系の制御帯域と重なることがないように定められている
請求項３記載の電動機制御装置。
【請求項５】
さらに、
前記フィードバック制御系内に配置され、除去する周波数成分が変更可能な第２ノッチフィルタと、
前記第２ノッチフィルタの中心周波数である第２のノッチ周波数を変更する第２ノッチ制御部とを備え、
前記第１ノッチフィルタおよび前記第２ノッチフィルタは直列接続され、
前記変化率算出部は、前記第１ノッチ制御部および前記第２ノッチ制御部の各々に対応して、ノッチ周波数変化率を算出し、
前記変化率監視部は、前記変化率算出部によって算出されたノッチ周波数変化率のうちの少なくとも１つが前記第１の所定範囲外の値となった場合に、前記少なくとも１つのノッチ周波数変化率が前記第１の所定範囲外の値となった旨を示す信号を出力する
請求項１に記載の電動機制御装置。
【請求項６】
電動機または機械負荷の状態量をフィードバック制御する電動機制御方法であって、
除去する周波数成分を変更可能なノッチフィルタの中心周波数であるノッチ周波数を変更するノッチ制御ステップと、
前記ノッチ周波数の単位時間当たりの変化量を示すノッチ周波数変化率を逐次算出する変化率算出ステップと、
前記ノッチ周波数変化率が、所定範囲外の値となった場合に、前記ノッチ周波数変化率が前記所定範囲外の値となった旨を示す信号を出力する変化率監視ステップとを含む
電動機制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電動機、または電動機で駆動される機械負荷に対し、その速度および位置などの駆動動作を制御する電動機制御装置に関する。特に、本発明は、駆動時などに発生する機械共振振動を抑制する機能を備えた電動機制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、機械共振周波数が変化しても、機械共振振動を抑制することができる電動機制御装置が知られている（例えば、特許文献１を参照）。【０００３】
しかしながら、従来の電動機制御装置を用いたシステムでは、そのシステムを利用するユーザが、機械共振周波数の変化に起因して、異常動作が発生してしまう予兆を認識できないまま、異常動作が発生してしまうことがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−２７４９７６号公報
【発明の概要】
【０００５】
そこで、本発明は、係る問題に鑑みてなされたものであり、電動機制御装置を用いたシステムにおいて、機械共振周波数の変化に起因して異常動作が発生してしまう予兆を、従来よりも確実にユーザが認識することができる電動機制御装置および電動機制御方法を提供することを目的とする。
【０００６】
本発明の一態様に係る電動機制御装置は、電動機の状態量をフィードバック制御する電動機制御装置であって、フィードバック制御系内に配置され、除去する周波数成分を変更可能な第１ノッチフィルタと、第１ノッチフィルタの中心周波数である第１のノッチ周波数を変更する第１ノッチ制御部と、第１のノッチ周波数の単位時間当たりの変化量を示すノッチ周波数変化率を逐次算出する変化率算出部と、ノッチ周波数変化率が、第１の所定範囲外の値となった場合に、ノッチ周波数変化率が第１の所定範囲外の値となった旨を示す信号を出力する変化率監視部とを備える。
【０００７】
本発明の一態様に係る電動機制御方法は、電動機の状態量をフィードバック制御する電動機制御方法であって、除去する周波数成分を変更可能なノッチフィルタの中心周波数であるノッチ周波数を変更するノッチ制御ステップと、ノッチ周波数の単位時間当たりの変化量を示すノッチ周波数変化率を逐次算出する変化率算出ステップと、ノッチ周波数変化率が、所定範囲外の値となった場合に、ノッチ周波数変化率が所定範囲外の値となった旨を示す信号を出力する変化率監視ステップとを含む。
【０００８】
本発明に係る電動機制御装置によると、電動機制御装置を用いたシステムにおいて、機械共振周波数の変化に起因して異常動作が発生してしまう予兆を、従来よりも確実にユーザが認識することができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、実施の形態１における電動機制御装置の構成の一例を示すブロック図である。
【図２】図２は、実施の形態１における電動機制御装置のノッチフィルタの周波数特性の一例を示す図である。
【図３】図３は、実施の形態１におけるノッチ制御部の構成の一例を示すブロック図である。
【図４】図４は、実施の形態２における電動機制御装置の構成の一例を示すブロック図である。
【図５】図５は、実施の形態３における電動機制御装置の構成の一例を示すブロック図である。
【図６】図６は、実施の形態３における電動機制御装置の変化予測部による予測演算の概要を示す図である。
【図７】図７は、実施の形態４における電動機制御装置の構成の一例を示すブロック図である。
【図８】図８は、特許文献１に記載されている従来の電動機制御装置の構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
（本発明の一態様を得るに至った経緯）
従来、電動機制御装置としては、例えば特許文献１に記載されているようなものがある。図８は、特許文献１に記載されている従来の電動機制御装置の構成を示すブロック図である。
【００１１】
図８に示す通り、従来の電動機制御装置７００は、電動機１００と速度検出器２００とに接続される。電動機制御装置７００には、駆動対象となる機械負荷または電動機の所望動作を示す、速度指令Ｖｓが入力される。電動機１００には、接合部１０１を介して、駆動対象となる機械負荷１０２が繋がれている。また、速度検出器２００は、電動機１００の回転速度を検出し、電動機速度Ｖｍを電動機制御装置７００に出力する。
【００１２】
電動機制御装置７００は、内部に、フィードバック制御部７０１、ノッチフィルタ７０２、トルク制御部７０３、ノッチ周波数推定部７１０を有している。フィードバック制御部７０１は、速度指令Ｖｓと電動機速度Ｖｍの差を０とするようなトルク指令τＭ１を出力する。ノッチフィルタ７０２は、中心周波数であるノッチ周波数を変更可能である。ノッチフィルタ７０２は、トルク指令τＭ１からノッチ周波数の周波数成分を除去した、新たなトルク指令τＭ２を出力する。トルク制御部７０３は、電動機で生じるトルクがトルク指令τＭ２と一致するように、電動機１００を制御する。このようにして、電動機制御装置７００は、速度指令Ｖｓと電動機速度Ｖｍが一致するように、内部で、フィードバック制御系を構成している。
【００１３】
ノッチ周波数推定部７１０には、電動機速度Ｖｍが入力される。電動機１００と機械負荷１０２との間で機械共振を有する場合、機械共振振動が生じると、電動機速度Ｖｍに機械共振振動の成分が含まれる。そこで、ノッチ周波数推定部７１０は、電動機速度Ｖｍに含まれる振動の周波数を推定し、ノッチフィルタ７０２のノッチ周波数を推定した振動の周波数に変更する。
【００１４】
このように構成された従来の電動機制御装置では、何らかの原因で機械共振振動が生じても、機械共振振動の振幅が減少するように、ノッチフィルタ７０２のノッチ周波数が逐次変更される。よって、例えば機械設備の長時間運転等に伴って、機構部材が劣化することで、機械共振周波数が変化した場合でも、常に機械共振振動を抑制することができる。
【００１５】
発明者は、従来の電動機制御装置に関し、以下の問題が生じることを見出した。
【００１６】
ノッチフィルタは、ノッチ周波数以下の周波数帯域で位相を遅らせる効果がある。ノッチ周波数がフィードバック制御系の制御帯域と重なると、ノッチフィルタ自身がフィードバック制御系を不安定にすることで、発振に至ってしまう。このため、ノッチ周波数に対してフィードバック制御系の制御帯域を低くする必要がある。しかしながら、従来の構成では、ノッチ周波数を機械共振周波数と常に一致させることだけを考慮している。このため、機械設備の長時間運転等に伴って、機械共振周波数がフィードバック制御帯域と重なる程度まで減少した場合、ノッチ周波数もフィードバック制御系の制御帯域と重なる程度まで減少し、発振による異常動作が生じてしまう。また、機械設備の長時間運転等に伴って、機械共振周波数が減少もしくは増加し、機械設備の特性が変化すると、同一速度指令に対する電動機または負荷の駆動動作が変化してしまい、異常動作が生じてしまう。異常動作が生じると、機械設備を復旧させるために、劣化した機構部材を交換することになる。しかし、定期的な設備保全の機会と異なるために、交換部材の手配または交換作業等に時間を要し、設備の再稼動までに多大な時間を要してしまう。このため、機械設備では、異常動作の未然防止または異常発生前に予兆を検知することが望まれている。
【００１７】
このような問題を解決するために、本発明の一態様に係る電動機制御装置は、電動機の状態量をフィードバック制御する電動機制御装置であって、フィードバック制御系内に配置され、除去する周波数成分を変更可能な第１ノッチフィルタと、第１ノッチフィルタの中心周波数である第１のノッチ周波数を変更する第１ノッチ制御部と、第１のノッチ周波数の単位時間当たりの変化量を示すノッチ周波数変化率を逐次算出する変化率算出部と、ノッチ周波数変化率が、第１の所定範囲外の値となった場合に、ノッチ周波数変化率が第１の所定範囲外の値となった旨を示す信号を出力する変化率監視部とを備える。
【００１８】
このとき、第１の所定範囲外を、この電動機制御装置を用いたシステムにおいて、電動機に起因して異常動作が発生してしまう可能性が高い状態におけるノッチ周波数変化率としておく。これによって、この電動機制御装置を利用するユーザは、ノッチ周波数変化率が、第１の所定範囲外の値となった旨を示す信号が出力されるときに、この電動機制御装置を用いたシステムが、機械共振周波数の変化に起因して異常動作が発生してしまう可能性が高い状態にあることを、認識することができる。
【００１９】
従って、電動機制御装置を用いたシステムにおいて、機械共振周波数の変化に起因して異常動作が発生してしまう予兆を、従来よりも確実にユーザが認識することができるようになる。
【００２０】
例えば、変化率算出部は、ノッチ周波数変化率が、第１の所定範囲よりも狭い第２の所定範囲外の値となった場合には、ノッチ周波数変化率を逐次算出する時間間隔を、ノッチ周波数変化率が、第２の所定範囲内の値である場合よりも短くして、ノッチ周波数変化率を算出しても良い。
【００２１】
これにより、ノッチ周波数変化率が、第２の所定範囲を超えて、第１の所定範囲外に近づくにつれて、よりきめ細かな時間間隔で、ノッチ周波数変化率を算出することができるようになる。
【００２２】
例えば、第１ノッチ制御部は、予め定められたノッチ周波数の範囲内に限って、第１のノッチ周波数を変更しても良い。
【００２３】
これにより、ノッチ周波数が、好ましくない周波数帯域となってしまうことを未然に防ぐことができるようになる。
【００２４】
例えば、第１のノッチ周波数が、フィードバック制御系の制御帯域と重なることがないように定められているとしても良い。
【００２５】
これにより、フィードバック制御系の不安定化による発振を、未然に防ぐことができるようになる。
【００２６】
例えば、さらに、フィードバック制御系内に配置され、除去する周波数成分が変更可能な第２ノッチフィルタと、第２ノッチフィルタの中心周波数である第２のノッチ周波数を変更する第２ノッチ制御部とを備えても良い。第１ノッチフィルタおよび第２ノッチフィルタは直列接続され、変化率算出部は、第１ノッチ制御部および第２ノッチ制御部のそれぞれに対応して、ノッチ周波数変化率を算出し、変化率監視部は、変化率算出部によって算出されたノッチ周波数変化率のうちの少なくとも１つが第１の所定範囲外の値となった場合に、少なくとも１つのノッチ周波数変化率が第１の所定範囲外の値となった旨を示す信号を出力しても良い。
【００２７】
これにより、この電動機制御装置を利用するユーザは、機械共振が複数存在する場合であっても、電動機制御装置を用いたシステムにおいて、機械共振周波数の変化に起因して異常動作が発生してしまう予兆を、認識することができるようになる。
【００２８】
また、本発明の一態様に係る電動機制御方法は、電動機の状態量をフィードバック制御する電動機制御方法であって、除去する周波数成分を変更可能なノッチフィルタの中心周波数であるノッチ周波数を変更するノッチ制御ステップと、ノッチ周波数の単位時間当たりの変化量を示すノッチ周波数変化率を逐次算出する変化率算出ステップと、ノッチ周波数変化率が、所定範囲外の値となった場合に、ノッチ周波数変化率が所定範囲外の値となった旨を示す信号を出力する変化率監視ステップとを含む。
【００２９】
このとき、所定範囲外を、この電動機制御方法を用いたシステムにおいて、電動機に起因して異常動作が発生してしまう可能性が高い状態におけるノッチ周波数変化率としておく。これによって、この電動機制御方法を利用するユーザは、ノッチ周波数変化率が、所定範囲外の値となった旨を示す信号が出力されるときに、この電動機制御方法を用いたシステムが、電動機に起因して異常動作が発生してしまう可能性が高い状態にあることを、認識することができる。
【００３０】
従って、この電動機制御方法によると、電動機制御方法を用いたシステムにおいて、機械共振周波数の変化に起因して異常動作が発生してしまう予兆を、従来よりも確実にユーザが認識することができるようになる。
【００３１】
なお、これらの包括的または具体的な態様は、システム、方法、集積回路、コンピュータプログラムまたはコンピュータ読み取り可能なＣＤ−ＲＯＭなどの記録媒体で実現されても良い。また、システム、方法、集積回路、コンピュータプログラムまたは記録媒体の任意な組み合わせで実現されても良い。
【００３２】
以下、本発明の実施の形態について図面を用いて詳細に説明する。なお、以下で説明する実施の形態は、いずれも本発明の好ましい一具体例を示すものである。以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置および接続形態、ステップ、ステップの順序などは、一例であり、本発明を限定する主旨ではない。本発明は、請求の範囲だけによって限定される。よって、以下の実施の形態における構成要素のうち、本発明の最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、本発明の課題を解決するのに必ずしも必要ではないが、より好ましい形態を構成するものとして説明される。
【００３３】
（実施の形態１）
図１は、実施の形態１における電動機制御装置３００の構成の一例を示すブロック図である。電動機制御装置３００は、電動機の状態量をフィードバック制御する。図１に示す通り、電動機制御装置３００は、電動機１００と速度検出器２００とに接続される。電動機制御装置３００には、駆動対象となる機械負荷または電動機の所望動作を示す速度指令Ｖｓが入力される。電動機１００には、接合部１０１を介して、駆動対象となる機械負荷１０２が繋がれている。また、速度検出器２００は、電動機１００の回転速度を検出し、電動機速度Ｖｍを電動機制御装置３００に出力する。なお、電動機の状態量をフィードバック制御することに換えて、機械負荷の状態量をフィードバック制御する構成としても良い。
【００３４】
電動機制御装置３００は、内部にフィードバック制御部３０１、ノッチフィルタ３０２（ノッチフィルタ３０２は第１ノッチフィルタの一例である。）、トルク制御部３０３、ノッチ制御部３０４（ノッチ制御部３０４は第１ノッチ制御部の一例である。）、変化率算出部３０５、および変化率監視部３０６を有している。
【００３５】
フィードバック制御部３０１は、電動機速度Ｖｍと速度指令Ｖｓとが入力され、両者の差を０にするようなトルク指令τＭ１を出力する。例えば、速度指令Ｖｓと電動機速度Ｖｍとの差分値を計算し、算出した差分値に対して比例積分した結果をトルク指令τＭ１として出力する。
【００３６】
ノッチフィルタ３０２は、フィードバック制御系内に配置され、除去する周波数成分を変更可能なフィルタである。すなわち、ノッチフィルタ３０２は、入力信号に対して特定の周波数を中心とした周波数の信号成分に対し、減衰を与えて出力するフィルタである。減衰を与える中心周波数をノッチ周波数と呼ぶ。ノッチフィルタ３０２に、入力信号としてトルク指令τＭ１が入力される。ノッチフィルタ３０２は、トルク指令τＭ１からノッチ周波数を中心とした周波数の信号成分に対して減衰を与え、新たなトルク指令τＭ２として出力する。
【００３７】
そしてトルク制御部３０３は、電動機１００で生じるトルクがトルク指令τＭ２と一致するように、例えば電動機１００に印加する電流等を制御する。
【００３８】
このようにして、電動機制御装置３００は、速度指令Ｖｓと電動機速度Ｖｍとが一致するように、内部で、フィードバック制御系を構成している。また、上述の通り、電動機制御装置３００のフィードバック制御系内にはノッチフィルタ３０２が配置されている。
【００３９】
ノッチフィルタ３０２は、例えば、（数１）で示す伝達関数Ｇｎ１（ｓ）をもつ２次の再帰型ノッチフィルタである。
【００４０】
【数１】
2018061452.tif 000003
【００４１】
（数１）において、ωｎ１はノッチフィルタ３０２のノッチ周波数係数、ζｎ１は減衰を与える周波数帯域の幅を示す減衰係数、ｄｎ１は減衰を与える度合いを示すノッチ深さ係数である。ノッチ深さ係数ｄｎ１は、０≦ｄｎ１≦１である。ｄｎ１＝１の場合、ノッチフィルタ３０２のノッチ周波数ωｎ１におけるゲイン特性は０［ｄＢ］となる。ｄｎ１＝０の場合、ノッチフィルタ３０２のノッチ周波数ωｎ１におけるゲイン特性は−∞［ｄＢ］となる。
【００４２】
図２は、実施の形態１における電動機制御装置３００のノッチフィルタ３０２の周波数特性の一例を示す図である。図２は、ｄｎ１＝０の場合の伝達関数Ｇｎ１（ｓ）の周波数特性を示す。図２からわかるように、ノッチフィルタ３０２は、ノッチ周波数ωｎ１の成分を減衰させる特性を持ち、そのゲイン特性は−∞である。入力信号に振動成分が含まれる場合、入力信号の振動周波数とノッチ周波数ωｎ１とが異なると入力信号の振幅を減衰させず、一致すると振幅を減衰させる。ノッチフィルタ３０２の位相特性は−９０°から９０°の値となる。しかし、ノッチ周波数以下では負の値となり、入力信号の位相を遅らせる効果がある。ノッチフィルタ３０２は、フィードバック制御系内部に配置されており、ノッチ周波数以下では、ノッチフィルタによる位相遅延効果によって、フィードバック制御系の位相を遅らせてしまう。このため、ノッチ周波数がフィードバック制御系の制御帯域と重なる場合、ノッチフィルタ自身がフィードバック制御系を不安定にしてしまい、発振に至る場合がある。よって、ノッチフィルタを使用する場合、ノッチ周波数がフィードバック制御系の制御帯域と重ならないように、ノッチ周波数に対してフィードバック制御系の制御帯域を低くする必要がある。
【００４３】
以上のように、ノッチフィルタ３０２は、トルク指令τＭ１が入力され、ノッチ周波数ωｎ１を中心とする周波数成分を減衰させた新たなトルク指令τＭ２を出力する。ノッチフィルタ３０２のノッチ周波数ωｎ１は、変更可能であり、機械共振振動が生じた際は、ノッチ制御部３０４によって、ノッチ周波数ωｎ１が振動周波数と一致するように変更される。
【００４４】
ノッチ制御部３０４は、電動機に係る機械共振振動の成分が除去されるように、ノッチフィルタ３０２の中心周波数であるノッチ周波数を変更する。すなわち、ノッチ制御部３０４は、ノッチフィルタ３０２のノッチ周波数を自動的に振動周波数と一致するように変更すると共に、変更後のノッチ周波数を変化率算出部３０５に出力する。
【００４５】
図３は、実施の形態１における電動機制御装置３００のノッチ制御部３０４の構成の一例を示すブロック図である。ノッチ制御部３０４は、振動抽出フィルタ３０４１、検出用ノッチフィルタ３０４２、ノッチ周波数変更部３０４３を備える。ノッチ制御部３０４は、機械共振振動が生じた際に、振動周波数を算出する。そしてノッチ制御部３０４は、ノッチフィルタ３０２のノッチ周波数ωｎ１を算出した振動周波数に変更する。
【００４６】
振動抽出フィルタ３０４１は、入力信号から所定の周波数帯域の成分を抽出して出力する。振動抽出フィルタ３０４１は、電動機速度Ｖｍから機械共振などの振動成分を抽出して、振動成分Ｖｂ１として出力する。振動抽出フィルタ３０４１は、このように振動成分を抽出できれば良いため、所定の周波数以上の信号成分を通過させるハイパスフィルタであっても良く、所定の周波数帯域内の信号成分を通過させるバンドパスフィルタであっても良い。
【００４７】
振動抽出フィルタ３０４１から出力された振動成分Ｖｂ１は、検出用ノッチフィルタ３０４２とノッチ周波数変更部３０４３に入力される。
【００４８】
検出用ノッチフィルタ３０４２は、振動成分Ｖｂ１に対して中心周波数であるノッチ周波数を中心とした周波数成分を減衰させ、新たな振動成分Ｖｂ２として出力する。検出用ノッチフィルタ３０４２は、ノッチ周波数変更部３０４３によってノッチ周波数が変更される。
【００４９】
本実施の形態では、検出用ノッチフィルタ３０４２の特性として、減衰を与える周波数帯域の幅は所定の値が予め与えられる。ノッチ周波数におけるゲイン特性は−∞［ｄＢ］とする。
【００５０】
検出用ノッチフィルタ３０４２は、例えば、次の（数２）で示す伝達関数Ｇｎ２（ｓ）をもつ２次の再帰型ノッチフィルタとする。
【００５１】
【数２】
2018061452.tif 000004
【００５２】
ここで、ωｎ２は、検出用ノッチフィルタ３０４２のノッチ周波数に対応するノッチ周波数係数である。ζｎ２は減衰係数である。検出用ノッチフィルタ３０４２の周波数特性は、ノッチフィルタ３０２でｄｎ１＝０とした場合と同様であり、図２に示した特性と同様の特性を示す。つまり、検出用ノッチフィルタ３０４２の周波数特性は、ノッチ周波数ωｎ２の成分を減衰させる特性を示す。また、ノッチフィルタ３０２のノッチ周波数ωｎ１と検出用ノッチフィルタ３０４２のノッチ周波数ωｎ２は、ノッチ周波数変更部３０４３によって、共に電動機速度Ｖｍに含まれる振動の周波数となるように変更される。
【００５３】
ノッチ周波数変更部３０４３には、振動成分Ｖｂ１と、振動成分Ｖｂ１の検出用ノッチフィルタ３０４２の通過後の出力である振動成分Ｖｂ２が、入力される。ノッチ周波数変更部３０４３において、電動機速度Ｖｍに含まれる振動の周波数と一致するノッチ周波数ωｎが生成される。ノッチ周波数ωｎは、ノッチフィルタ３０２および検出用ノッチフィルタ３０４２に供給され、それぞれのノッチ周波数であるωｎ１およびωｎ２がωｎに変更される。
【００５４】
ここで、検出用ノッチフィルタ３０４２において、入力である振動成分Ｖｂ１に含まれる振動成分の周波数と、ノッチ周波数ωｎ２とが大きく異なる場合は、振動成分Ｖｂ１の振幅は減衰されない。一方、一致する場合は、振動成分Ｖｂ１の振幅が減衰される。このため、振動成分Ｖｂ２の振幅は、振動成分Ｖｂ１の振動周波数がノッチ周波数ωｎ２からずれるにしたがって、大きくなる。すなわち、振動成分Ｖｂ２の振幅は、振動成分Ｖｂ１の振動周波数とノッチ周波数ωｎ２とのずれの程度を示すと言える。
【００５５】
ノッチ周波数変更部３０４３は、振動成分Ｖｂ１と振動成分Ｖｂ２の振幅に基づき、振動成分Ｖｂ２の振幅が所定値以下あるいは０となるまで、ノッチ周波数ωｎを逐次変更し、検出用ノッチフィルタ３０４２のノッチ周波数ωｎ２を制御する。このようなノッチフィルタの制御は、検出用ノッチフィルタ３０４２と、例えば特許文献１に記載された方向フィルタ、および、ノッチフィルタ係数修正手段とを組み合わせることで実現できる。
【００５６】
このようにして、ノッチ周波数ωｎが振動成分Ｖｂ１に含まれる振動成分の周波数となるように、制御される。検出用ノッチフィルタ３０４２のノッチ周波数ωｎ２およびノッチフィルタ３０２のノッチ周波数ωｎ１は、共にノッチ周波数ωｎと一致するように変更される。つまり、ノッチ周波数ωｎ１とノッチ周波数ωｎ２は、振動成分Ｖｂ１に含まれる振動成分の周波数となるように制御される。
【００５７】
以上のように、ノッチ制御部３０４は、機械共振が原因で電動機速度Ｖｍに振動成分が含まれた場合に、ノッチフィルタ３０２のノッチ周波数ωｎ１を、振動成分の周波数と一致するように自動で逐次的に変更する。
【００５８】
変化率算出部３０５は、ノッチ周波数の単位時間当たりの変化量を示すノッチ周波数変化率を、逐次算出する。すなわち、変化率算出部３０５には、ノッチ制御部３０４によって振動成分の周波数と一致するように制御されたノッチ周波数ωｎが、入力される。そして、所定の単位時間が経過するごとに、前回時刻のノッチ周波数と現在時刻のノッチ周波数の変化量である差分値を計算し、単位時間当たりのノッチ周波数変化率Δωｎとして、変化率監視部３０６に出力する。ノッチ周波数変化率Δωｎを出力する際の単位時間は、固定値であり、ノッチ制御部３０４におけるノッチ周波数ωｎの逐次変更周期であっても良いが、機械共振周波数の変化が緩やかである場合は、逐次変更周期より長くても良い。
【００５９】
変化率監視部３０６は、変化率算出部３０５によって算出されたノッチ周波数変化率が、予め設定された所定範囲外の値となった場合に、ノッチ周波数変化率が所定範囲外の値となった旨を示す信号を出力する。すなわち、この変化率監視部３０６は、入力されたノッチ周波数変化率Δωｎが、所定範囲外の値となったか否かを判定し、その判定結果を示す信号を変化率監視信号Ｓ＿ｆｎとして出力する。ノッチ制御部３０４によって、ノッチ周波数ωｎは機械共振周波数と一致するように制御されるので、ノッチ周波数の単位時間当たりの変化量は、機械共振周波数の単位時間当たりの変化量と同じ値となる。つまり、変化率監視部３０６は、機械共振周波数の単位時間当たりの変化量が所定範囲外の値となったか否かを判定し、判定結果を変化率監視信号Ｓ＿ｆｎとして出力している。
【００６０】
機械設備では、設備異常の未然防止を目的に、定期的な設備保全がなされている。機械共振周波数の単位時間当たりの変化量が十分小さい場合は、定期的な設備保全で、機械共振周波数の変化に伴う異常動作の発生を未然に防止することができる。しかしながら、何らかの要因で機械共振周波数の単位時間当たりの変化量が増加すると、定期的な設備保全を行う前に、機械共振周波数の変化に伴う異常動作が生じる場合がある。本実施の形態の電動機制御装置３００は、変化率監視部３０６によって、機械共振周波数の単位時間当たりの変化量を監視することで、上記のように定期的な設備保全では防止することが困難であった、機械共振周波数の変化に伴う異常動作の予兆を、検知することができる。
【００６１】
具体的には、例えば、ノッチ周波数変化率Δωｎの絶対値が所定の閾値を超えた場合は、変化率監視部３０６が出力する変化率監視信号Ｓ＿ｆｎを１とし、ノッチ周波数変化率Δωｎの絶対値が所定の閾値以下の場合は、変化率監視部３０６が出力する変化率監視信号Ｓ＿ｆｎを０とすれば良い。このように、ノッチ周波数変化率Δωｎに応じて変化率監視信号を切り替えることで、機械共振周波数の変化による異常動作の予兆を、検知することが可能となる。一例として、変化率監視信号Ｓ＿ｆｎが０から１に変化した場合に点灯するランプを設けておくことで、ユーザは、このランプの点灯を視認することで、ノッチ周波数変化率Δωｎが所定の閾値を超えたことを認識できる。
【００６２】
このような構成により、本実施の形態の電動機制御装置３００は、ノッチ制御部３０４とノッチフィルタ３０２によって、機械共振振動が抑制されていても、機械共振周波数の単位時間当たりの変化量であるノッチ周波数変化率Δωｎが所定範囲を超えた場合に、変化率監視信号Ｓ＿ｆｎを介して、その旨を認識することができる。したがって、電動機制御装置３００を用いたシステムにおいて、機械共振周波数の変化に起因して異常動作が発生してしまう予兆を、ユーザが認識することができるようになる。
【００６３】
以上のように、本実施の形態の電動機制御装置３００は、機械共振周波数の変化に対し、機械共振周波数の単位時間当たりの変化量が所定範囲外の値となった場合に、その旨を通知する信号を出力することで、機械共振周波数の変化に起因して異常動作が発生してしまう予兆を、ユーザが認識することができるようになる。
【００６４】
また、本実施の形態では、変化率監視部３０６においてノッチ周波数変化率の判定に用いる閾値を単一としたが、複数の閾値を用いても良い。例えばノッチ周波数変化率の判定に用いる閾値として、第１の所定値と、第１の所定値より大きい第２の所定値とを設定しても良い。ノッチ周波数変化率が第１の所定値未満、第１の所定値以上かつ第２の所定値未満、第２の所定値以上のいずれであるかを、変化率監視信号で把握できる構成としても良い。このような構成を取ることで、本実施の形態の電動機制御装置３００を用いたシステムにおいて、機械共振周波数が変化する場合に、機械共振周波数の変化度合いをユーザが認識することができるようになる。他にも、ノッチ周波数の変化率の判定に用いる閾値について、ノッチ周波数が増加した際の閾値と、減少した際の閾値を、個別に有する構成としても良い。ノッチ周波数の増加時と減少時で、動作へ与える影響は異なるが、このような構成を取ることで、電動機制御装置３００を用いたシステムにおいて、ノッチ周波数の変化が動作へ与える影響に応じて、異常動作が発生してしまう予兆をユーザが認識することができるようになる。
【００６５】
また、本実施の形態では、変化率算出部３０５において、ノッチ周波数変化率の算出時の単位時間（すなわち、サンプリング周期）を固定値としたが、ノッチ周波数変化率に応じて変更しても良い。例えば、変化率算出部３０５に変化率監視部３０６の閾値と等しい第１の閾値と、第１の閾値よりも小さい第２の閾値を予め設定し、ノッチ周波数変化率が第２の閾値以下の場合はサンプリング周期を長く設定し、ノッチ周波数変化率が第２の閾値より大きい場合はサンプリング周期を短く設定しても良い。また、サンプリング周期を変更した場合は、変化率監視部３０６の閾値と、変化率算出部３０５の第１の閾値と第２の閾値を、サンプリング周期の変更比率に比例して変更する構成としても良い。このように、ノッチ周波数変化率に応じて、ノッチ周波数変化率の算出に用いるサンプリング周期、または、変化率監視信号の判定に用いる閾値を切り替えることで、例えばノッチ周波数変化率が急激に変化するような場合でも、変化率監視部が、ノッチ周波数変化率が所定の閾値を超えたことを示す変化率監視信号を速やかに出力することができる。したがって、電動機制御装置３００を用いたシステムにおいて、よりきめ細やかな時間間隔で、機械共振周波数の変化に起因して異常動作が発生してしまう予兆をユーザが認識することができるようになる。
【００６６】
また、本実施の形態では、フィードバック制御系内に配置されたノッチフィルタ３０２のノッチ周波数が常に電動機速度に含まれる振動の周波数となるように制御される構成とした。しかしながら、これに対して、フィードバック制御系内に配置されたノッチフィルタのノッチ周波数がフィードバック系の制御帯域と重なることがないように、ノッチ周波数の取り得る値を上下限値で制限する構成としても良い。このような構成を取ることで、フィードバック制御系の制御帯域と、フィードバック制御系内に配置されたノッチフィルタのノッチ周波数が重なることを防ぐことができる。したがって、フィードバック制御系の不安定化による発振を未然に防ぐことができる。
【００６７】
また、本実施の形態では、ノッチ制御部３０４は、ノッチフィルタ３０２のノッチ周波数ωｎ１を、機械共振振動の周波数と一致させる構成とした。しかしながら、ノッチフィルタ３０２が、機械共振振動の周波数を効果的に除去することができれば、必ずしも、ノッチ制御部３０４は、ノッチフィルタ３０２のノッチ周波数ωｎ１を機械共振周波数とぴったり一致させる構成に限られない。
【００６８】
なお、電動機制御装置３００を構成する各構成要素、すなわち、フィードバック制御部３０１、ノッチフィルタ３０２、トルク制御部３０３、ノッチ制御部３０４、変化率算出部３０５、変化率監視部３０６は、各々、専用ハードウエアからなるアナログ回路もしくはデジタル回路で実現されても良い。また、各構成要素は、メモリとプロセッサとを含むコンピュータ装置において、メモリに格納されたプログラムを、プロセッサが実行することで実現されても良い。
【００６９】
（実施の形態２）
図４は、実施の形態２における電動機制御装置４００の構成の一例を示すブロック図である。図４において、実施の形態１における図１の構成要素と同じ機能および動作をするものについては、同じ符号で示し、その動作説明を省略する。図４に示すように、実施の形態２における電動機制御装置４００では、図１に示した構成に対し、ノッチフィルタ、ノッチ制御部、および変化率算出部が、各々１個から２個に増えている。
【００７０】
電動機制御装置４００では、機械共振周波数が２つある場合でも、その振動を低減できるように、フィードバック制御部３０１の後段に、ノッチ周波数ωｎ１ａのノッチフィルタ３０２ａ（ノッチフィルタ３０２ａは第１ノッチフィルタの一例である。）と、ノッチ周波数ωｎ１ｂのノッチフィルタ３０２ｂ（ノッチフィルタ３０２ｂは第２ノッチフィルタの一例である。）とが直列に接続されている。
【００７１】
ノッチフィルタ３０２ａとノッチフィルタ３０２ｂとは、実施の形態１におけるノッチフィルタ３０２と同様である。
【００７２】
ノッチ周波数ωｎ１ａとノッチ周波数ωｎ１ｂとは、２つの機械共振周波数のいずれかに対応するように、それぞれ異なる値が設定される。各ノッチフィルタのノッチ周波数を変更するために、ノッチフィルタ３０２ａに対応したノッチ制御部３０４ａ（ノッチ制御部３０４ａは第１ノッチ制御部の一例である。）と、ノッチフィルタ３０２ｂに対応したノッチ制御部３０４ｂ（ノッチ制御部３０４ｂは第２ノッチ制御部の一例である。）とを個別に備えている。
【００７３】
ノッチ制御部３０４ａとノッチ制御部３０４ｂとは、実施の形態１におけるノッチ制御部３０４と同様である。ノッチ制御部３０４ａとノッチ制御部３０４ｂとは、２つの機械共振周波数がそれぞれ変化した場合に、それぞれの機械共振周波数の変化に応じて生じた振動に対し、対応するノッチフィルタのノッチ周波数を発生した振動成分の周波数と一致するように変更する。同時に、変更後のノッチ周波数を、対応する変化率算出部３０５ａと変化率算出部３０５ｂとに出力する。
【００７４】
ノッチ制御部３０４ａとノッチ制御部３０４ｂに、それぞれ異なる機械共振周波数の変化を検知させるには、例えば、各ノッチ制御部の内部にある振動抽出フィルタの通過帯域を、２つの異なる機械共振周波数を中心に、それぞれ重ならない帯域とすれば良い。これによって、ノッチ制御部３０４ａとノッチ制御部３０４ｂは、各々他方の機械共振周波数の変化の影響を受けることなく、対応する機械共振周波数の変化で生じた振動の周波数と対応するノッチフィルタのノッチ周波数が一致するように、ノッチフィルタ３０２ａとノッチフィルタ３０２ｂを制御することができる。
【００７５】
変化率算出部３０５ａと変化率算出部３０５ｂとは、対応するそれぞれのノッチ制御部が出力したノッチ周波数の単位時間当たりの変化量を、ノッチ周波数変化率Δωｎａとノッチ周波数変化率Δωｎｂとして、変化率監視部４０６に出力する。
【００７６】
変化率監視部４０６は、入力されたノッチ周波数変化率Δωｎａとノッチ周波数変化率Δωｎｂとの絶対値に対して、各々が設定された所定の閾値を超えているか否かを判定し、判定結果を変化率監視信号Ｓ＿ｆｎとして出力する。例えば、少なくとも一方が閾値を超えている場合はＳ＿ｆｎを１とし、いずれのノッチ周波数変化率の絶対値もそれぞれ設定された閾値を超えていない場合はＳ＿ｆｎを０とする。
【００７７】
このような構成を取ることで、機械共振周波数が２つある場合でも、各機械共振周波数の変化に対し、少なくともひとつのノッチ周波数変化率が所定範囲を超えた場合に、その旨を通知する信号を出力することで、電動機制御装置４００を用いたシステムにおいて、機械共振周波数の変化に起因して異常動作が発生してしまう予兆を、ユーザが認識することができるようになる。
【００７８】
以上のように、本実施の形態の電動機制御装置４００は、機械共振周波数が２つある場合でも、各機械共振周波数の変化に対し、少なくともひとつの機械共振周波数の単位時間当たりの変化量が所定範囲外の値となった場合に、その旨を通知する信号を出力する。これにより、電動機制御装置４００を用いたシステムにおいて、機械共振周波数の変化に起因して異常動作が発生してしまう予兆を、ユーザが認識することができるようになる。
【００７９】
また、本実施の形態では、ノッチフィルタ、ノッチ制御部、および変化率算出部が２個ある構成としたが、３個以上あっても良い。この場合は、各ノッチフィルタ、各ノッチ制御部、および変化率監視部は、同様の働きをすれば良い。このような構成を取ることで、機械共振周波数が３つ以上ある場合でも、各機械共振周波数の変化に対し、少なくともひとつの機械共振周波数の単位時間当たりの変化量が所定範囲外の値となった場合に、その旨を通知する信号を出力する。これにより、本実施の形態の電動機制御装置４００を用いたシステムにおいて、機械共振周波数の変化に起因して異常動作が発生してしまう予兆を、ユーザが認識することができるようになる。
【００８０】
なお、電動機制御装置４００を構成する各構成要素、すなわち、フィードバック制御部３０１、ノッチフィルタ３０２ａ、ノッチフィルタ３０２ｂ、トルク制御部３０３、ノッチ制御部３０４ａ、ノッチ制御部３０４ｂ、変化率算出部３０５ａ、変化率算出部３０５ｂ、変化率監視部４０６は、各々、専用ハードウエアからなるアナログ回路もしくはデジタル回路で実現されても良い。また、各構成要素は、メモリとプロセッサとを含むコンピュータ装置において、メモリに格納されたプログラムを、プロセッサが実行することで実現されても良い。
【００８１】
（実施の形態３）
図５は、実施の形態３における電動機制御装置５００の構成の一例を示すブロック図である。図５において、実施の形態１における図１の構成要素と同じ機能および動作をするものについては、同じ符号で示し、その動作説明を省略する。図５に示すように、実施の形態３における電動機制御装置５００では、図１に示した構成に対し、変化率算出部３０５と変化率監視部３０６に代えて、ノッチ周波数出力部５０７と変化予測部５０８とが新たに内部に設置されている。ノッチ制御部３０４の出力であるノッチ周波数ωｎが、ノッチフィルタ３０２とノッチ周波数出力部５０７とに入力される。
【００８２】
ノッチ周波数出力部５０７は、ノッチ制御部３０４によって適宜変更されたノッチ周波数をサンプリングする。すなわち、ノッチ周波数出力部５０７は、ノッチ制御部３０４におけるノッチ周波数ωｎの逐次変更周期で入力されたノッチ周波数ωｎに対し、ノッチ周波数ωｎの逐次変更周期より長い単位時間周期（すなわち、サンプリング周期）で、ノッチ周波数ωｎ＿ｔを出力する。
【００８３】
変化予測部５０８は、過去の複数時点におけるノッチ周波数に基づいて、現在時刻から、将来においてノッチ周波数が特定の周波数範囲外となるまでの経過時間の予測値と、現在時刻から、将来においてノッチ周波数が特定の周波数範囲外となる時刻までの経過時間の予測値とを算出して出力する。変化予測部５０８は、機械設備に異常動作が生じない範囲として許容される、機械共振周波数の下限値が予め設定されている。変化予測部５０８には、単位時間ごとに、ノッチ周波数出力部５０７から出力されたノッチ周波数ωｎ＿ｔが入力される。入力されたノッチ周波数ωｎ＿ｔをもとに、変化予測部５０８は、機械共振周波数が現在時刻から予め設定された下限値に達するまでの時間を予測演算する。変化予測部５０８は、現在時刻から異常動作が生じるまでの時間予測値Δｔを出力する。
【００８４】
変化予測部５０８における時間予測値Δｔの予測演算の詳細について説明する。図６は、実施の形態３における電動機制御装置５００の変化予測部５０８による予測演算の概要を示す図である。図６において、横軸は時間、縦軸はノッチ周波数である。図６は、現在時刻ｔ＿ｉにおいて、ノッチ周波数ωｎ＿ｔ＿ｉが入力されていることを示している。ノッチ周波数ωｎは、サンプリング周期ごとに変化予測部５０８に入力されている。前回時刻ｔ＿ｉ−１にノッチ周波数ωｎ＿ｔ＿ｉ−１が、前々回時刻ｔ＿ｉ−２にノッチ周波数ωｎ＿ｔ＿ｉ−２が、それぞれ入力されている。前々回時刻以前のノッチ周波数も同様に入力されている。変化予測部５０８に最初に入力されたノッチ周波数を、ここでは、ωｎ＿ｔ＿ｉ−Ｎと表記する。図６は、ノッチ周波数の変化の一例として、時間の経過に従ってノッチ周波数ωｎ＿ｔが小さくなることを示している。ωｎ＿ｔａｒｇｅｔは、機械設備に異常動作が生じない範囲として設定されている、機械共振周波数の下限値である。
【００８５】
変化予測部５０８は、予め設定されている機械共振周波数の下限値ωｎ＿ｔａｒｇｅｔ、ある時刻ｔ＿ｉにおいてこれまでに入力されたωｎ＿ｔ＿ｉ−Ｘ（Ｘ＝０，１、２、・・・、Ｎ）、そしてノッチ周波数ωｎ＿ｔ＿ｉが変化予測部５０８に入力されるサンプリング周期Ｔｓをもとに、現在時刻ｔ＿ｉから機械共振周波数が予め設定された下限値ωｎ＿ｔａｒｇｅｔに達するまでの時間予測値Δｔを算出する。つまり、Δｔは、機械共振周波数が現在時刻から異常動作を生じない範囲で許容できる下限値に達するまでの時間予測値である。Δｔは、例えば、（数３）および（数４）で算出する。
【００８６】
【数３】
2018061452.tif 000005
【００８７】
【数４】
2018061452.tif 000006
【００８８】
（Ｘ＝０、１、２、・・・Ｎ−１）
（数３）において、Δωｎ＿ｉ−Ｘ（Ｘ＝０、１、２、・・・Ｎ−１）は、各時刻におけるサンプリング周期当たりのノッチ周波数の変化量であり、（数４）によって算出される。（数３）の右辺でサンプリング周期Ｔｓに乗じる分数項のうち、分母項は、これまでに入力されたサンプリング周期当たりのノッチ周波数の変化量の平均値を示している。分数項のうち、分子項は、時刻ｔ＿ｉにおけるノッチ周波数ωｎ＿ｔ＿ｉと予め設定された下限値ωｎ＿ｔａｒｇｅｔとの差を示している。つまり（数３）は、現在時刻ｔ＿ｉにおいて、ノッチ周波数が予め設定された下限値ωｎ＿ｔａｒｇｅｔに至るまでの時間を、現在時刻までに入力されたノッチ周波数に対して、線形補間を用いて算出することを示している。
【００８９】
以上の構成により、機械共振周波数が変化する場合に、機械共振振動が常に抑制されていても、現在時刻までのノッチ周波数をもとに、機械共振周波数が異常動作を生じない範囲で許容できる下限値に達するまでの時間を、異常動作が生じる前に高精度に算出することができる。したがって、機械共振周波数の変化による異常動作の発生前に、異常動作が生じるまでの時間を、ユーザに通知し、機械共振周波数の変化または設備保全に関して、注意を促すことができる。
【００９０】
以上のように、本実施の形態の電動機制御装置５００は、機械共振周波数の変化に対し、現在時刻までの機械共振周波数の変化から、機械共振周波数が異常動作を生じない範囲で許容できる下限値に至るまでの時間を予測して出力する。これにより、電動機制御装置５００を用いたシステムにおいて、機械共振周波数の変化に起因して異常動作が発生してしまう予兆を、ユーザが認識することができるようになる。
【００９１】
また、本実施の形態の電動機制御装置５００は、現在時刻までのノッチ周波数の変化をもとに、機械共振周波数が異常動作を生じない範囲で許容できる下限値に達するまでの時間を算出する構成とした。しかし、機械共振周波数が、機械設備で異常が生じない範囲として許容される機械共振周波数の上限値を予め設定し、機械共振周波数が設定した上限値に達するまでの時間予測値も算出する、構成としても良い。また、機械共振周波数が、機械設備で異常が生じない範囲として許容される機械共振周波数の下限値と上限値を予め設定し、機械共振周波数が設定した上下限値のいずれかに達するまでの時間予測値を算出する、構成としても良い。このような構成とすることで、機械共振周波数の減少あるいは増加に関わらず、機械共振周波数の変化による異常動作が生じない範囲として、許容される機械共振周波数の上下限値に達するまでの時間を、常に算出することができる。
【００９２】
また、本実施の形態では、（数３）のように、現在時刻までに入力された全てのノッチ周波数に対して線形補間を用いることで、異常動作が生じるまでの時間予測値を算出する構成とした。しかし、現在時刻に近いノッチ周波数ほど予測演算に反映されやすい構成としても良い。例えば、線形補間において、現在時刻との時間差に応じて、単位時間当たりのノッチ周波数の変化量に重み係数を乗じる構成としても良い。このような構成を取ることで、異常動作が生じるまでの時間予測値を、より高精度に算出することができる。
【００９３】
また、本実施の形態では、（数３）のように、現在時刻までのノッチ周波数を線形補間することで、異常動作が生じるまでの時間を予測演算する構成とした。しかし、線形補間以外の手段を用いた構成としても良い。例えば、二次関数曲線、指数曲線、または対数曲線にフィッティングさせる構成であっても良い。機械共振周波数の変化の傾向が既知の場合は当該傾向に合致した予測演算式を用いても良い。このような構成を取ることで、異常動作が生じるまでの時間予測値を、より高精度に算出することができる。
【００９４】
また、本実施の形態では、変化予測部５０８が、異常動作が生じるまでの時間予測値を出力する構成とした。しかし、予め設定した所定時間後のノッチ周波数を出力する構成であっても良い。予め設定した所定時間後のノッチ周波数を算出する方法は、例えば、機械共振周波数が現在時刻から予め設定された下限値に達するまでの時間を予測する場合と同様に、現在時刻までのノッチ周波数を線形補間することで算出する等が考えられる。変化予測部５０８が、現在時刻までのノッチ周波数をもとに、異常動作が生じるまでの時間予測値と、所定時間後のノッチ周波数の双方を出力する構成であっても良い。
【００９５】
また、変化予測部５０８が、異常動作が生じるまでの時間予測値を出力する代わりに、異常動作が生じる時刻予測値を出力するとしても良い。
【００９６】
また、本実施の形態では、ノッチ周波数出力部５０７が所定のサンプリング周期ごとにノッチ周波数を出力する構成とした。しかし、連続運転時間中にのみ、サンプリング周期ごとにノッチ周波数を出力する構成であっても良い。また、変化予測部５０８が出力する異常動作が生じるまでの時間予測値についても、異常動作が生じるまでの連続運転時間の予測値であっても良い。このような構成を取ることで、機械設備が頻繁に駆動と休止を繰り返す場合でも、電動機制御装置５００を用いたシステムにおいて、機械共振周波数の変化に起因して、異常動作が発生してしまう予兆を、ユーザが認識することができるようになる。
【００９７】
また、本実施の形態では、フィードバック制御系内に配置されたノッチフィルタ３０２のノッチ周波数が、常に電動機速度に含まれる振動の周波数となるように制御される構成とした。しかし、フィードバック制御系内に配置されたノッチフィルタ３０２のノッチ周波数が、フィードバック系の制御帯域と重なることがないように、ノッチ周波数の取り得る値を上下限値で制限する構成としても良い。また、この場合のノッチ周波数の下限値は、フィードバック制御系の制御帯域より大きい値に設定しても良い。このような構成を取ることで、フィードバック制御系の制御帯域と、フィードバック制御系内に配置されたノッチフィルタ３０２のノッチ周波数が重なることを防ぐことができる。したがって、フィードバック制御系の不安定化による発振を未然に防ぐことができる。
【００９８】
なお、電動機制御装置５００を構成する各構成要素、すなわち、フィードバック制御部３０１、ノッチフィルタ３０２、トルク制御部３０３、ノッチ制御部３０４、ノッチ周波数出力部５０７、変化予測部５０８は、各々、専用ハードウエアからなるアナログ回路もしくはデジタル回路で実現されても良い。また、各構成要素は、メモリとプロセッサとを含むコンピュータ装置において、メモリに格納されたプログラムを、プロセッサが実行することで実現されても良い。
【００９９】
（実施の形態４）
図７は、実施の形態４における電動機制御装置６００の構成の一例を示すブロック図である。図７において、実施の形態３における図５の構成要素と同じ機能および動作をするものについては、同じ符号で示し、その動作説明を省略する。図７に示すように、実施の形態４における電動機制御装置６００では、図５に示した構成に対し、ノッチフィルタ、ノッチ制御部、およびノッチ周波数出力部が、各々１個から２個に増えている。
【０１００】
電動機制御装置６００では、機械共振が２つ有る場合でも、その振動を低減できるように、フィードバック制御部３０１の後段に、ノッチ周波数ωｎ１ａであるノッチフィルタ３０２ａと、ノッチ周波数ωｎ１ｂであるノッチフィルタ３０２ｂとが直列に接続されている。ノッチ周波数ωｎ１ａとノッチ周波数ωｎ１ｂとは、２つの機械共振周波数のいずれかに対応するように、それぞれ異なる値が設定される。各ノッチフィルタのノッチ周波数を変更するために、ノッチフィルタ３０２ａに対応したノッチ制御部３０４ａと、ノッチフィルタ３０２ｂに対応したノッチ制御部３０４ｂとを個別に備えている。ノッチ制御部３０４ａとノッチ制御部３０４ｂとは、２つの機械共振周波数がそれぞれ変化した場合に、それぞれの機械共振周波数の変化に応じて、対応するノッチフィルタのノッチ周波数を変化後の機械共振周波数に変更する。同時に、それぞれのノッチ周波数を対応するノッチ周波数出力部５０７ａとノッチ周波数出力部５０７ｂへ出力する。ノッチ制御部３０４ａとノッチ制御部３０４ｂに、それぞれ異なる機械共振周波数の変化を検知させるには、例えば、各ノッチ制御部の内部にある振動抽出フィルタの通過帯域を、２つの異なる機械共振周波数を中心に、それぞれ重ならない帯域とすれば良い。これによって、ノッチ制御部３０４ａとノッチ制御部３０４ｂは、それぞれ他方の機械共振周波数の変化の影響を受けることなく、対応する機械共振周波数の変化を検知することができる。
【０１０１】
ノッチ周波数出力部５０７ａとノッチ周波数出力部５０７ｂとは、それぞれノッチ制御部３０４ａ、ノッチ制御部３０４ｂに対応するノッチ周波数出力部である。所定のサンプリング周期ごとに、対応するノッチ制御部から出力されたノッチ周波数を、ノッチ周波数ωｎａ＿ｔ、ノッチ周波数ωｎｂ＿ｔとして変化予測部６０８に出力する。
【０１０２】
変化予測部６０８は、予めノッチ制御部３０４ａとノッチ制御部３０４ｂに対応する機械共振周波数に対して、それぞれ異常動作が生じない範囲として許容される機械共振周波数の上下限値が設定されている。変化予測部６０８は、ノッチ周波数出力部５０７ａとノッチ周波数出力部５０７ｂより入力される現在時刻までのサンプリング周期ごとのノッチ周波数をもとに、ノッチ周波数が上下限値に達するまでの時間予測値をΔｔａ、Δｔｂとして算出する。算出した時間予測値ΔｔａとΔｔｂとのうち、より小さい時間予測値を、現在時刻から機械設備に異常動作が生じるまでの時間予測値Δｔ＿ｍｉｎとして出力する。Δｔａ、Δｔｂの算出については例えば、それぞれ個別に、対応する現在時刻までのノッチ周波数をもとに、実施の形態３で示した算出法と同様の手法を適用すれば良い。
【０１０３】
以上の構成を取ることで、機械共振周波数が２つある場合でも、現在時刻から機械共振周波数の変化による異常動作が生じるまでの時間を、高精度に把握することができる。したがって、電動機制御装置６００を用いたシステムにおいて、機械共振周波数の変化に起因して異常動作が発生してしまう予兆を、ユーザが認識することができるようになる。
【０１０４】
以上のように、本実施の形態の電動機制御装置６００は、機械共振周波数が２つある場合でも、現在時刻までの各機械共振周波数の変化から、２つの機械共振周波数が、それぞれ異常動作を生じない範囲で許容できる上下限値に至るまでの時間を予測し、両者のうち、より短い時間を出力する。これにより、電動機制御装置６００を用いたシステムにおいて、機械共振周波数の変化に起因して異常動作が発生してしまう予兆を、ユーザが認識することができるようになる。
【０１０５】
また、本実施の形態では、機械共振周波数が２つある場合を前提に、ノッチフィルタ、ノッチ制御部、およびノッチ周波数出力部が２個ずつある構成としたが、各々が３個以上ある構成であっても良い。この場合は、各ノッチフィルタ、各ノッチ制御部、各ノッチ周波数出力部、および変化予測部は、実施の形態４と同様の働きをすれば良い。このような構成を取ることで、機械共振周波数が３つ以上ある場合でも、各機械共振周波数の変化に対し、現在時刻までの機械共振周波数の変化から、機械共振周波数が異常動作を生じない範囲で許容できる上下限値に至るまでの最短時間を予測して出力する。これにより、本実施の形態の電動機制御装置を用いたシステムにおいて、機械共振周波数の変化に起因して異常動作が発生してしまう予兆を、ユーザが認識することができるようになる。
【０１０６】
なお、電動機制御装置６００を構成する各構成要素、すなわち、フィードバック制御部３０１、ノッチフィルタ３０２ａ、ノッチフィルタ３０２ｂ、トルク制御部３０３、ノッチ制御部３０４ａ、ノッチ制御部３０４ｂ、ノッチ周波数出力部５０７ａ、ノッチ周波数出力部５０７ｂ、変化予測部６０８は、各々、専用ハードウエアからなるアナログ回路もしくはデジタル回路で実現されても良い。また、各構成要素は、メモリとプロセッサとを含むコンピュータ装置において、メモリに格納されたプログラムを、プロセッサが実行することで実現されても良い。
【０１０７】
また、実施の形態１から４では、電動機制御装置は、電動機速度が速度指令に追従するようにフィードバック制御するフィードバック制御部を有する構成とした。しかし、フィードバック制御部に加え、速度指令をもとに電動機速度が速度指令に一致するようなトルク指令を算出するフィードフォワード制御部を有する構成であっても良い。
【０１０８】
また、本実施の形態１から４では、電動機制御装置は電動機速度を制御する構成としたが、電動機位置を制御する構成であっても良い。
【産業上の利用可能性】
【０１０９】
本発明は、機械共振周波数が変化する機械設備に広く利用可能である。
【符号の説明】
【０１１０】
１００    電動機
１０１    接合部
１０２    機械負荷
２００    速度検出器
３００    電動機制御装置
３０１    フィードバック制御部
３０２    ノッチフィルタ
３０２ａ    ノッチフィルタ
３０２ｂ    ノッチフィルタ
３０３    トルク制御部
３０４    ノッチ制御部
３０４ａ    ノッチ制御部
３０４ｂ    ノッチ制御部
３０４１    振動抽出フィルタ
３０４２    検出用ノッチフィルタ
３０４３    ノッチ周波数変更部
３０５    変化率算出部
３０５ａ    変化率算出部
３０５ｂ    変化率算出部
３０６    変化率監視部
４００    電動機制御装置
４０６    変化率監視部
５００    電動機制御装置
５０７    ノッチ周波数出力部
５０７ａ    ノッチ周波数出力部
５０７ｂ    ノッチ周波数出力部
５０８    変化予測部
６００    電動機制御装置
６０８    変化予測部
７００    電動機制御装置
７０１    フィードバック制御部
７０２    ノッチフィルタ
７０３    トルク制御部
７１０    ノッチ周波数推定部
【図１】
2018061452.tif 000007
【図２】
2018061452.tif 000008
【図３】
2018061452.tif 000009
【図４】
2018061452.tif 000010
【図５】
2018061452.tif 000011
【図６】
2018061452.tif 000012
【図７】
2018061452.tif 000013
【図８】
2018061452.tif 000014
【手続補正書】
【提出日】平成31年2月8日(2019.2.8)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電動機、または電動機で駆動される機械負荷に対し、その速度および位置などの駆動動作を制御する電動機制御装置に関する。特に、本発明は、駆動時などに発生する機械共振振動を抑制する機能を備えた電動機制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、機械共振周波数が変化しても、機械共振振動を抑制することができる電動機制御装置が知られている（例えば、特許文献１を参照）。
【０００３】
しかしながら、従来の電動機制御装置を用いたシステムでは、そのシステムを利用するユーザが、機械共振周波数の変化に起因して、異常動作が発生してしまう予兆を認識できないまま、異常動作が発生してしまうことがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−２７４９７６号公報
【発明の概要】
【０００５】
そこで、本発明は、係る問題に鑑みてなされたものであり、電動機制御装置を用いたシステムにおいて、機械共振周波数の変化に起因して異常動作が発生してしまう予兆を、従来よりも確実にユーザが認識することができる電動機制御装置および電動機制御方法を提供することを目的とする。
【０００６】
本発明の一態様に係る電動機制御装置は、電動機の状態量をフィードバック制御する電動機制御装置であって、フィードバック制御系内に配置され、除去する周波数成分を変更可能な第１ノッチフィルタと、第１ノッチフィルタの中心周波数である第１のノッチ周波数を変更する第１ノッチ制御部と、第１のノッチ周波数の単位時間当たりの変化量を示すノッチ周波数変化率を逐次算出する変化率算出部と、ノッチ周波数変化率が、第１の所定範囲外の値となった場合に、ノッチ周波数変化率が第１の所定範囲外の値となった旨を示す信号を出力する変化率監視部とを備える。
【０００７】
本発明の一態様に係る電動機制御方法は、電動機の状態量をフィードバック制御する電動機制御方法であって、除去する周波数成分を変更可能なノッチフィルタの中心周波数であるノッチ周波数を変更するノッチ制御ステップと、ノッチ周波数の単位時間当たりの変化量を示すノッチ周波数変化率を逐次算出する変化率算出ステップと、ノッチ周波数変化率が、所定範囲外の値となった場合に、ノッチ周波数変化率が所定範囲外の値となった旨を示す信号を出力する変化率監視ステップとを含む。
【０００８】
本発明に係る電動機制御装置によると、電動機制御装置を用いたシステムにおいて、機械共振周波数の変化に起因して異常動作が発生してしまう予兆を、従来よりも確実にユーザが認識することができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、実施の形態１における電動機制御装置の構成の一例を示すブロック図である。
【図２】図２は、実施の形態１における電動機制御装置のノッチフィルタの周波数特性の一例を示す図である。
【図３】図３は、実施の形態１におけるノッチ制御部の構成の一例を示すブロック図である。
【図４】図４は、実施の形態２における電動機制御装置の構成の一例を示すブロック図である。
【図５】図５は、実施の形態３における電動機制御装置の構成の一例を示すブロック図である。
【図６】図６は、実施の形態３における電動機制御装置の変化予測部による予測演算の概要を示す図である。
【図７】図７は、実施の形態４における電動機制御装置の構成の一例を示すブロック図である。
【図８】図８は、特許文献１に記載されている従来の電動機制御装置の構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
（本発明の一態様を得るに至った経緯）
従来、電動機制御装置としては、例えば特許文献１に記載されているようなものがある。図８は、特許文献１に記載されている従来の電動機制御装置の構成を示すブロック図である。
【００１１】
図８に示す通り、従来の電動機制御装置７００は、電動機１００と速度検出器２００とに接続される。電動機制御装置７００には、駆動対象となる機械負荷または電動機の所望動作を示す、速度指令Ｖｓが入力される。電動機１００には、接合部１０１を介して、駆動対象となる機械負荷１０２が繋がれている。また、速度検出器２００は、電動機１００の回転速度を検出し、電動機速度Ｖｍを電動機制御装置７００に出力する。
【００１２】
電動機制御装置７００は、内部に、フィードバック制御部７０１、ノッチフィルタ７０２、トルク制御部７０３、ノッチ周波数推定部７１０を有している。フィードバック制御部７０１は、速度指令Ｖｓと電動機速度Ｖｍの差を０とするようなトルク指令τＭ１を出力する。ノッチフィルタ７０２は、中心周波数であるノッチ周波数を変更可能である。ノッチフィルタ７０２は、トルク指令τＭ１からノッチ周波数の周波数成分を除去した、新たなトルク指令τＭ２を出力する。トルク制御部７０３は、電動機で生じるトルクがトルク指令τＭ２と一致するように、電動機１００を制御する。このようにして、電動機制御装置７００は、速度指令Ｖｓと電動機速度Ｖｍが一致するように、内部で、フィードバック制御系を構成している。
【００１３】
ノッチ周波数推定部７１０には、電動機速度Ｖｍが入力される。電動機１００と機械負荷１０２との間で機械共振を有する場合、機械共振振動が生じると、電動機速度Ｖｍに機械共振振動の成分が含まれる。そこで、ノッチ周波数推定部７１０は、電動機速度Ｖｍに含まれる振動の周波数を推定し、ノッチフィルタ７０２のノッチ周波数を推定した振動の周波数に変更する。
【００１４】
このように構成された従来の電動機制御装置では、何らかの原因で機械共振振動が生じても、機械共振振動の振幅が減少するように、ノッチフィルタ７０２のノッチ周波数が逐次変更される。よって、例えば機械設備の長時間運転等に伴って、機構部材が劣化することで、機械共振周波数が変化した場合でも、常に機械共振振動を抑制することができる。
【００１５】
発明者は、従来の電動機制御装置に関し、以下の問題が生じることを見出した。
【００１６】
ノッチフィルタは、ノッチ周波数以下の周波数帯域で位相を遅らせる効果がある。ノッチ周波数がフィードバック制御系の制御帯域と重なると、ノッチフィルタ自身がフィードバック制御系を不安定にすることで、発振に至ってしまう。このため、ノッチ周波数に対してフィードバック制御系の制御帯域を低くする必要がある。しかしながら、従来の構成では、ノッチ周波数を機械共振周波数と常に一致させることだけを考慮している。このため、機械設備の長時間運転等に伴って、機械共振周波数がフィードバック制御帯域と重なる程度まで減少した場合、ノッチ周波数もフィードバック制御系の制御帯域と重なる程度まで減少し、発振による異常動作が生じてしまう。また、機械設備の長時間運転等に伴って、機械共振周波数が減少もしくは増加し、機械設備の特性が変化すると、同一速度指令に対する電動機または負荷の駆動動作が変化してしまい、異常動作が生じてしまう。異常動作が生じると、機械設備を復旧させるために、劣化した機構部材を交換することになる。しかし、定期的な設備保全の機会と異なるために、交換部材の手配または交換作業等に時間を要し、設備の再稼動までに多大な時間を要してしまう。このため、機械設備では、異常動作の未然防止または異常発生前に予兆を検知することが望まれている。
【００１７】
このような問題を解決するために、本発明の一態様に係る電動機制御装置は、電動機の状態量をフィードバック制御する電動機制御装置であって、フィードバック制御系内に配置され、除去する周波数成分を変更可能な第１ノッチフィルタと、第１ノッチフィルタの中心周波数である第１のノッチ周波数を変更する第１ノッチ制御部と、第１のノッチ周波数の単位時間当たりの変化量を示すノッチ周波数変化率を逐次算出する変化率算出部と、ノッチ周波数変化率が、第１の所定範囲外の値となった場合に、ノッチ周波数変化率が第１の所定範囲外の値となった旨を示す信号を出力する変化率監視部とを備える。
【００１８】
このとき、第１の所定範囲外を、この電動機制御装置を用いたシステムにおいて、電動機に起因して異常動作が発生してしまう可能性が高い状態におけるノッチ周波数変化率としておく。これによって、この電動機制御装置を利用するユーザは、ノッチ周波数変化率が、第１の所定範囲外の値となった旨を示す信号が出力されるときに、この電動機制御装置を用いたシステムが、機械共振周波数の変化に起因して異常動作が発生してしまう可能性が高い状態にあることを、認識することができる。
【００１９】
従って、電動機制御装置を用いたシステムにおいて、機械共振周波数の変化に起因して異常動作が発生してしまう予兆を、従来よりも確実にユーザが認識することができるようになる。
【００２０】
例えば、変化率算出部は、ノッチ周波数変化率が、第１の所定範囲よりも狭い第２の所定範囲外の値となった場合には、ノッチ周波数変化率を逐次算出する時間間隔を、ノッチ周波数変化率が、第２の所定範囲内の値である場合よりも短くして、ノッチ周波数変化率を算出しても良い。
【００２１】
これにより、ノッチ周波数変化率が、第２の所定範囲を超えて、第１の所定範囲外に近づくにつれて、よりきめ細かな時間間隔で、ノッチ周波数変化率を算出することができるようになる。
【００２２】
例えば、第１ノッチ制御部は、予め定められたノッチ周波数の範囲内に限って、第１のノッチ周波数を変更しても良い。
【００２３】
これにより、ノッチ周波数が、好ましくない周波数帯域となってしまうことを未然に防ぐことができるようになる。
【００２４】
例えば、第１のノッチ周波数が、フィードバック制御系の制御帯域と重なることがないように定められているとしても良い。
【００２５】
これにより、フィードバック制御系の不安定化による発振を、未然に防ぐことができるようになる。
【００２６】
例えば、さらに、フィードバック制御系内に配置され、除去する周波数成分が変更可能な第２ノッチフィルタと、第２ノッチフィルタの中心周波数である第２のノッチ周波数を変更する第２ノッチ制御部とを備えても良い。第１ノッチフィルタおよび第２ノッチフィルタは直列接続され、変化率算出部は、第１ノッチ制御部および第２ノッチ制御部のそれぞれに対応して、ノッチ周波数変化率を算出し、変化率監視部は、変化率算出部によって算出されたノッチ周波数変化率のうちの少なくとも１つが第１の所定範囲外の値となった場合に、少なくとも１つのノッチ周波数変化率が第１の所定範囲外の値となった旨を示す信号を出力しても良い。
【００２７】
これにより、この電動機制御装置を利用するユーザは、機械共振が複数存在する場合であっても、電動機制御装置を用いたシステムにおいて、機械共振周波数の変化に起因して異常動作が発生してしまう予兆を、認識することができるようになる。
【００２８】
また、本発明の一態様に係る電動機制御方法は、電動機の状態量をフィードバック制御する電動機制御方法であって、除去する周波数成分を変更可能なノッチフィルタの中心周波数であるノッチ周波数を変更するノッチ制御ステップと、ノッチ周波数の単位時間当たりの変化量を示すノッチ周波数変化率を逐次算出する変化率算出ステップと、ノッチ周波数変化率が、所定範囲外の値となった場合に、ノッチ周波数変化率が所定範囲外の値となった旨を示す信号を出力する変化率監視ステップとを含む。
【００２９】
このとき、所定範囲外を、この電動機制御方法を用いたシステムにおいて、電動機に起因して異常動作が発生してしまう可能性が高い状態におけるノッチ周波数変化率としておく。これによって、この電動機制御方法を利用するユーザは、ノッチ周波数変化率が、所定範囲外の値となった旨を示す信号が出力されるときに、この電動機制御方法を用いたシステムが、電動機に起因して異常動作が発生してしまう可能性が高い状態にあることを、認識することができる。
【００３０】
従って、この電動機制御方法によると、電動機制御方法を用いたシステムにおいて、機械共振周波数の変化に起因して異常動作が発生してしまう予兆を、従来よりも確実にユーザが認識することができるようになる。
【００３１】
なお、これらの包括的または具体的な態様は、システム、方法、集積回路、コンピュータプログラムまたはコンピュータ読み取り可能なＣＤ−ＲＯＭなどの記録媒体で実現されても良い。また、システム、方法、集積回路、コンピュータプログラムまたは記録媒体の任意な組み合わせで実現されても良い。
【００３２】
以下、本発明の実施の形態について図面を用いて詳細に説明する。なお、以下で説明する実施の形態は、いずれも本発明の好ましい一具体例を示すものである。以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置および接続形態、ステップ、ステップの順序などは、一例であり、本発明を限定する主旨ではない。本発明は、請求の範囲だけによって限定される。よって、以下の実施の形態における構成要素のうち、本発明の最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、本発明の課題を解決するのに必ずしも必要ではないが、より好ましい形態を構成するものとして説明される。
【００３３】
（実施の形態１）
図１は、実施の形態１における電動機制御装置３００の構成の一例を示すブロック図である。電動機制御装置３００は、電動機の状態量をフィードバック制御する。図１に示す通り、電動機制御装置３００は、電動機１００と速度検出器２００とに接続される。電動機制御装置３００には、駆動対象となる機械負荷または電動機の所望動作を示す速度指令Ｖｓが入力される。電動機１００には、接合部１０１を介して、駆動対象となる機械負荷１０２が繋がれている。また、速度検出器２００は、電動機１００の回転速度を検出し、電動機速度Ｖｍを電動機制御装置３００に出力する。なお、電動機の状態量をフィードバック制御することに換えて、機械負荷の状態量をフィードバック制御する構成としても良い。
【００３４】
電動機制御装置３００は、内部にフィードバック制御部３０１、ノッチフィルタ３０２（ノッチフィルタ３０２は第１ノッチフィルタの一例である。）、トルク制御部３０３、ノッチ制御部３０４（ノッチ制御部３０４は第１ノッチ制御部の一例である。）、変化率算出部３０５、および変化率監視部３０６を有している。
【００３５】
フィードバック制御部３０１は、電動機速度Ｖｍと速度指令Ｖｓとが入力され、両者の差を０にするようなトルク指令τＭ１を出力する。例えば、速度指令Ｖｓと電動機速度Ｖｍとの差分値を計算し、算出した差分値に対して比例積分した結果をトルク指令τＭ１として出力する。
【００３６】
ノッチフィルタ３０２は、フィードバック制御系内に配置され、除去する周波数成分を変更可能なフィルタである。すなわち、ノッチフィルタ３０２は、入力信号に対して特定の周波数を中心とした周波数の信号成分に対し、減衰を与えて出力するフィルタである。減衰を与える中心周波数をノッチ周波数と呼ぶ。ノッチフィルタ３０２に、入力信号としてトルク指令τＭ１が入力される。ノッチフィルタ３０２は、トルク指令τＭ１からノッチ周波数を中心とした周波数の信号成分に対して減衰を与え、新たなトルク指令τＭ２として出力する。
【００３７】
そしてトルク制御部３０３は、電動機１００で生じるトルクがトルク指令τＭ２と一致するように、例えば電動機１００に印加する電流等を制御する。
【００３８】
このようにして、電動機制御装置３００は、速度指令Ｖｓと電動機速度Ｖｍとが一致するように、内部で、フィードバック制御系を構成している。また、上述の通り、電動機制御装置３００のフィードバック制御系内にはノッチフィルタ３０２が配置されている。
【００３９】
ノッチフィルタ３０２は、例えば、（数１）で示す伝達関数Ｇｎ１（ｓ）をもつ２次の再帰型ノッチフィルタである。
【００４０】
【数１】
2018061452.tif 000015
【００４１】
（数１）において、ωｎ１はノッチフィルタ３０２のノッチ周波数係数、ζｎ１は減衰を与える周波数帯域の幅を示す減衰係数、ｄｎ１は減衰を与える度合いを示すノッチ深さ係数である。ノッチ深さ係数ｄｎ１は、０≦ｄｎ１≦１である。ｄｎ１＝１の場合、ノッチフィルタ３０２のノッチ周波数ωｎ１におけるゲイン特性は０［ｄＢ］となる。ｄｎ１＝０の場合、ノッチフィルタ３０２のノッチ周波数ωｎ１におけるゲイン特性は−∞［ｄＢ］となる。
【００４２】
図２は、実施の形態１における電動機制御装置３００のノッチフィルタ３０２の周波数特性の一例を示す図である。図２は、ｄｎ１＝０の場合の伝達関数Ｇｎ１（ｓ）の周波数特性を示す。図２からわかるように、ノッチフィルタ３０２は、ノッチ周波数ωｎ１の成分を減衰させる特性を持ち、そのゲイン特性は−∞である。入力信号に振動成分が含まれる場合、入力信号の振動周波数とノッチ周波数ωｎ１とが異なると入力信号の振幅を減衰させず、一致すると振幅を減衰させる。ノッチフィルタ３０２の位相特性は−９０°から９０°の値となる。しかし、ノッチ周波数以下では負の値となり、入力信号の位相を遅らせる効果がある。ノッチフィルタ３０２は、フィードバック制御系内部に配置されており、ノッチ周波数以下では、ノッチフィルタによる位相遅延効果によって、フィードバック制御系の位相を遅らせてしまう。このため、ノッチ周波数がフィードバック制御系の制御帯域と重なる場合、ノッチフィルタ自身がフィードバック制御系を不安定にしてしまい、発振に至る場合がある。よって、ノッチフィルタを使用する場合、ノッチ周波数がフィードバック制御系の制御帯域と重ならないように、ノッチ周波数に対してフィードバック制御系の制御帯域を低くする必要がある。
【００４３】
以上のように、ノッチフィルタ３０２は、トルク指令τＭ１が入力され、ノッチ周波数ωｎ１を中心とする周波数成分を減衰させた新たなトルク指令τＭ２を出力する。ノッチフィルタ３０２のノッチ周波数ωｎ１は、変更可能であり、機械共振振動が生じた際は、ノッチ制御部３０４によって、ノッチ周波数ωｎ１が振動周波数と一致するように変更される。
【００４４】
ノッチ制御部３０４は、電動機に係る機械共振振動の成分が除去されるように、ノッチフィルタ３０２の中心周波数であるノッチ周波数を変更する。すなわち、ノッチ制御部３０４は、ノッチフィルタ３０２のノッチ周波数を自動的に振動周波数と一致するように変更すると共に、変更後のノッチ周波数を変化率算出部３０５に出力する。
【００４５】
図３は、実施の形態１における電動機制御装置３００のノッチ制御部３０４の構成の一例を示すブロック図である。ノッチ制御部３０４は、振動抽出フィルタ３０４１、検出用ノッチフィルタ３０４２、ノッチ周波数変更部３０４３を備える。ノッチ制御部３０４は、機械共振振動が生じた際に、振動周波数を算出する。そしてノッチ制御部３０４は、ノッチフィルタ３０２のノッチ周波数ωｎ１を算出した振動周波数に変更する。
【００４６】
振動抽出フィルタ３０４１は、入力信号から所定の周波数帯域の成分を抽出して出力する。振動抽出フィルタ３０４１は、電動機速度Ｖｍから機械共振などの振動成分を抽出して、振動成分Ｖｂ１として出力する。振動抽出フィルタ３０４１は、このように振動成分を抽出できれば良いため、所定の周波数以上の信号成分を通過させるハイパスフィルタであっても良く、所定の周波数帯域内の信号成分を通過させるバンドパスフィルタであっても良い。
【００４７】
振動抽出フィルタ３０４１から出力された振動成分Ｖｂ１は、検出用ノッチフィルタ３０４２とノッチ周波数変更部３０４３に入力される。
【００４８】
検出用ノッチフィルタ３０４２は、振動成分Ｖｂ１に対して中心周波数であるノッチ周波数を中心とした周波数成分を減衰させ、新たな振動成分Ｖｂ２として出力する。検出用ノッチフィルタ３０４２は、ノッチ周波数変更部３０４３によってノッチ周波数が変更される。
【００４９】
本実施の形態では、検出用ノッチフィルタ３０４２の特性として、減衰を与える周波数帯域の幅は所定の値が予め与えられる。ノッチ周波数におけるゲイン特性は−∞［ｄＢ］とする。
【００５０】
検出用ノッチフィルタ３０４２は、例えば、次の（数２）で示す伝達関数Ｇｎ２（ｓ）をもつ２次の再帰型ノッチフィルタとする。
【００５１】
【数２】
2018061452.tif 000016
【００５２】
ここで、ωｎ２は、検出用ノッチフィルタ３０４２のノッチ周波数に対応するノッチ周波数係数である。ζｎ２は減衰係数である。検出用ノッチフィルタ３０４２の周波数特性は、ノッチフィルタ３０２でｄｎ１＝０とした場合と同様であり、図２に示した特性と同様の特性を示す。つまり、検出用ノッチフィルタ３０４２の周波数特性は、ノッチ周波数ωｎ２の成分を減衰させる特性を示す。また、ノッチフィルタ３０２のノッチ周波数ωｎ１と検出用ノッチフィルタ３０４２のノッチ周波数ωｎ２は、ノッチ周波数変更部３０４３によって、共に電動機速度Ｖｍに含まれる振動の周波数となるように変更される。
【００５３】
ノッチ周波数変更部３０４３には、振動成分Ｖｂ１と、振動成分Ｖｂ１の検出用ノッチフィルタ３０４２の通過後の出力である振動成分Ｖｂ２が、入力される。ノッチ周波数変更部３０４３において、電動機速度Ｖｍに含まれる振動の周波数と一致するノッチ周波数ωｎが生成される。ノッチ周波数ωｎは、ノッチフィルタ３０２および検出用ノッチフィルタ３０４２に供給され、それぞれのノッチ周波数であるωｎ１およびωｎ２がωｎに変更される。
【００５４】
ここで、検出用ノッチフィルタ３０４２において、入力である振動成分Ｖｂ１に含まれる振動成分の周波数と、ノッチ周波数ωｎ２とが大きく異なる場合は、振動成分Ｖｂ１の振幅は減衰されない。一方、一致する場合は、振動成分Ｖｂ１の振幅が減衰される。このため、振動成分Ｖｂ２の振幅は、振動成分Ｖｂ１の振動周波数がノッチ周波数ωｎ２からずれるにしたがって、大きくなる。すなわち、振動成分Ｖｂ２の振幅は、振動成分Ｖｂ１の振動周波数とノッチ周波数ωｎ２とのずれの程度を示すと言える。
【００５５】
ノッチ周波数変更部３０４３は、振動成分Ｖｂ１と振動成分Ｖｂ２の振幅に基づき、振動成分Ｖｂ２の振幅が所定値以下あるいは０となるまで、ノッチ周波数ωｎを逐次変更し、検出用ノッチフィルタ３０４２のノッチ周波数ωｎ２を制御する。このようなノッチフィルタの制御は、検出用ノッチフィルタ３０４２と、例えば特許文献１に記載された方向フィルタ、および、ノッチフィルタ係数修正手段とを組み合わせることで実現できる。
【００５６】
このようにして、ノッチ周波数ωｎが振動成分Ｖｂ１に含まれる振動成分の周波数となるように、制御される。検出用ノッチフィルタ３０４２のノッチ周波数ωｎ２およびノッチフィルタ３０２のノッチ周波数ωｎ１は、共にノッチ周波数ωｎと一致するように変更される。つまり、ノッチ周波数ωｎ１とノッチ周波数ωｎ２は、振動成分Ｖｂ１に含まれる振動成分の周波数となるように制御される。
【００５７】
以上のように、ノッチ制御部３０４は、機械共振が原因で電動機速度Ｖｍに振動成分が含まれた場合に、ノッチフィルタ３０２のノッチ周波数ωｎ１を、振動成分の周波数と一致するように自動で逐次的に変更する。
【００５８】
変化率算出部３０５は、ノッチ周波数の単位時間当たりの変化量を示すノッチ周波数変化率を、逐次算出する。すなわち、変化率算出部３０５には、ノッチ制御部３０４によって振動成分の周波数と一致するように制御されたノッチ周波数ωｎが、入力される。そして、所定の単位時間が経過するごとに、前回時刻のノッチ周波数と現在時刻のノッチ周波数の変化量である差分値を計算し、単位時間当たりのノッチ周波数変化率Δωｎとして、変化率監視部３０６に出力する。ノッチ周波数変化率Δωｎを出力する際の単位時間は、固定値であり、ノッチ制御部３０４におけるノッチ周波数ωｎの逐次変更周期であっても良いが、機械共振周波数の変化が緩やかである場合は、逐次変更周期より長くても良い。
【００５９】
変化率監視部３０６は、変化率算出部３０５によって算出されたノッチ周波数変化率が、予め設定された所定範囲外の値となった場合に、ノッチ周波数変化率が所定範囲外の値となった旨を示す信号を出力する。すなわち、この変化率監視部３０６は、入力されたノッチ周波数変化率Δωｎが、所定範囲外の値となったか否かを判定し、その判定結果を示す信号を変化率監視信号Ｓ＿ｆｎとして出力する。ノッチ制御部３０４によって、ノッチ周波数ωｎは機械共振周波数と一致するように制御されるので、ノッチ周波数の単位時間当たりの変化量は、機械共振周波数の単位時間当たりの変化量と同じ値となる。つまり、変化率監視部３０６は、機械共振周波数の単位時間当たりの変化量が所定範囲外の値となったか否かを判定し、判定結果を変化率監視信号Ｓ＿ｆｎとして出力している。
【００６０】
機械設備では、設備異常の未然防止を目的に、定期的な設備保全がなされている。機械共振周波数の単位時間当たりの変化量が十分小さい場合は、定期的な設備保全で、機械共振周波数の変化に伴う異常動作の発生を未然に防止することができる。しかしながら、何らかの要因で機械共振周波数の単位時間当たりの変化量が増加すると、定期的な設備保全を行う前に、機械共振周波数の変化に伴う異常動作が生じる場合がある。本実施の形態の電動機制御装置３００は、変化率監視部３０６によって、機械共振周波数の単位時間当たりの変化量を監視することで、上記のように定期的な設備保全では防止することが困難であった、機械共振周波数の変化に伴う異常動作の予兆を、検知することができる。
【００６１】
具体的には、例えば、ノッチ周波数変化率Δωｎの絶対値が所定の閾値を超えた場合は、変化率監視部３０６が出力する変化率監視信号Ｓ＿ｆｎを１とし、ノッチ周波数変化率Δωｎの絶対値が所定の閾値以下の場合は、変化率監視部３０６が出力する変化率監視信号Ｓ＿ｆｎを０とすれば良い。このように、ノッチ周波数変化率Δωｎに応じて変化率監視信号を切り替えることで、機械共振周波数の変化による異常動作の予兆を、検知することが可能となる。一例として、変化率監視信号Ｓ＿ｆｎが０から１に変化した場合に点灯するランプを設けておくことで、ユーザは、このランプの点灯を視認することで、ノッチ周波数変化率Δωｎが所定の閾値を超えたことを認識できる。
【００６２】
このような構成により、本実施の形態の電動機制御装置３００は、ノッチ制御部３０４とノッチフィルタ３０２によって、機械共振振動が抑制されていても、機械共振周波数の単位時間当たりの変化量であるノッチ周波数変化率Δωｎが所定範囲を超えた場合に、変化率監視信号Ｓ＿ｆｎを介して、その旨を認識することができる。したがって、電動機制御装置３００を用いたシステムにおいて、機械共振周波数の変化に起因して異常動作が発生してしまう予兆を、ユーザが認識することができるようになる。
【００６３】
以上のように、本実施の形態の電動機制御装置３００は、機械共振周波数の変化に対し、機械共振周波数の単位時間当たりの変化量が所定範囲外の値となった場合に、その旨を通知する信号を出力することで、機械共振周波数の変化に起因して異常動作が発生してしまう予兆を、ユーザが認識することができるようになる。
【００６４】
また、本実施の形態では、変化率監視部３０６においてノッチ周波数変化率の判定に用いる閾値を単一としたが、複数の閾値を用いても良い。例えばノッチ周波数変化率の判定に用いる閾値として、第１の所定値と、第１の所定値より大きい第２の所定値とを設定しても良い。ノッチ周波数変化率が第１の所定値未満、第１の所定値以上かつ第２の所定値未満、第２の所定値以上のいずれであるかを、変化率監視信号で把握できる構成としても良い。このような構成を取ることで、本実施の形態の電動機制御装置３００を用いたシステムにおいて、機械共振周波数が変化する場合に、機械共振周波数の変化度合いをユーザが認識することができるようになる。他にも、ノッチ周波数の変化率の判定に用いる閾値について、ノッチ周波数が増加した際の閾値と、減少した際の閾値を、個別に有する構成としても良い。ノッチ周波数の増加時と減少時で、動作へ与える影響は異なるが、このような構成を取ることで、電動機制御装置３００を用いたシステムにおいて、ノッチ周波数の変化が動作へ与える影響に応じて、異常動作が発生してしまう予兆をユーザが認識することができるようになる。
【００６５】
また、本実施の形態では、変化率算出部３０５において、ノッチ周波数変化率の算出時の単位時間（すなわち、サンプリング周期）を固定値としたが、ノッチ周波数変化率に応じて変更しても良い。例えば、変化率算出部３０５に変化率監視部３０６の閾値と等しい第１の閾値と、第１の閾値よりも小さい第２の閾値を予め設定し、ノッチ周波数変化率が第２の閾値以下の場合はサンプリング周期を長く設定し、ノッチ周波数変化率が第２の閾値より大きい場合はサンプリング周期を短く設定しても良い。また、サンプリング周期を変更した場合は、変化率監視部３０６の閾値と、変化率算出部３０５の第１の閾値と第２の閾値を、サンプリング周期の変更比率に比例して変更する構成としても良い。このように、ノッチ周波数変化率に応じて、ノッチ周波数変化率の算出に用いるサンプリング周期、または、変化率監視信号の判定に用いる閾値を切り替えることで、例えばノッチ周波数変化率が急激に変化するような場合でも、変化率監視部が、ノッチ周波数変化率が所定の閾値を超えたことを示す変化率監視信号を速やかに出力することができる。したがって、電動機制御装置３００を用いたシステムにおいて、よりきめ細やかな時間間隔で、機械共振周波数の変化に起因して異常動作が発生してしまう予兆をユーザが認識することができるようになる。
【００６６】
また、本実施の形態では、フィードバック制御系内に配置されたノッチフィルタ３０２のノッチ周波数が常に電動機速度に含まれる振動の周波数となるように制御される構成とした。しかしながら、これに対して、フィードバック制御系内に配置されたノッチフィルタのノッチ周波数がフィードバック系の制御帯域と重なることがないように、ノッチ周波数の取り得る値を上下限値で制限する構成としても良い。このような構成を取ることで、フィードバック制御系の制御帯域と、フィードバック制御系内に配置されたノッチフィルタのノッチ周波数が重なることを防ぐことができる。したがって、フィードバック制御系の不安定化による発振を未然に防ぐことができる。
【００６７】
また、本実施の形態では、ノッチ制御部３０４は、ノッチフィルタ３０２のノッチ周波数ωｎ１を、機械共振振動の周波数と一致させる構成とした。しかしながら、ノッチフィルタ３０２が、機械共振振動の周波数を効果的に除去することができれば、必ずしも、ノッチ制御部３０４は、ノッチフィルタ３０２のノッチ周波数ωｎ１を機械共振周波数とぴったり一致させる構成に限られない。
【００６８】
なお、電動機制御装置３００を構成する各構成要素、すなわち、フィードバック制御部３０１、ノッチフィルタ３０２、トルク制御部３０３、ノッチ制御部３０４、変化率算出部３０５、変化率監視部３０６は、各々、専用ハードウエアからなるアナログ回路もしくはデジタル回路で実現されても良い。また、各構成要素は、メモリとプロセッサとを含むコンピュータ装置において、メモリに格納されたプログラムを、プロセッサが実行することで実現されても良い。
【００６９】
（実施の形態２）
図４は、実施の形態２における電動機制御装置４００の構成の一例を示すブロック図である。図４において、実施の形態１における図１の構成要素と同じ機能および動作をするものについては、同じ符号で示し、その動作説明を省略する。図４に示すように、実施の形態２における電動機制御装置４００では、図１に示した構成に対し、ノッチフィルタ、ノッチ制御部、および変化率算出部が、各々１個から２個に増えている。
【００７０】
電動機制御装置４００では、機械共振周波数が２つある場合でも、その振動を低減できるように、フィードバック制御部３０１の後段に、ノッチ周波数ωｎ１ａのノッチフィルタ３０２ａ（ノッチフィルタ３０２ａは第１ノッチフィルタの一例である。）と、ノッチ周波数ωｎ１ｂのノッチフィルタ３０２ｂ（ノッチフィルタ３０２ｂは第２ノッチフィルタの一例である。）とが直列に接続されている。
【００７１】
ノッチフィルタ３０２ａとノッチフィルタ３０２ｂとは、実施の形態１におけるノッチフィルタ３０２と同様である。
【００７２】
ノッチ周波数ωｎ１ａとノッチ周波数ωｎ１ｂとは、２つの機械共振周波数のいずれかに対応するように、それぞれ異なる値が設定される。各ノッチフィルタのノッチ周波数を変更するために、ノッチフィルタ３０２ａに対応したノッチ制御部３０４ａ（ノッチ制御部３０４ａは第１ノッチ制御部の一例である。）と、ノッチフィルタ３０２ｂに対応したノッチ制御部３０４ｂ（ノッチ制御部３０４ｂは第２ノッチ制御部の一例である。）とを個別に備えている。
【００７３】
ノッチ制御部３０４ａとノッチ制御部３０４ｂとは、実施の形態１におけるノッチ制御部３０４と同様である。ノッチ制御部３０４ａとノッチ制御部３０４ｂとは、２つの機械共振周波数がそれぞれ変化した場合に、それぞれの機械共振周波数の変化に応じて生じた振動に対し、対応するノッチフィルタのノッチ周波数を発生した振動成分の周波数と一致するように変更する。同時に、変更後のノッチ周波数を、対応する変化率算出部３０５ａと変化率算出部３０５ｂとに出力する。
【００７４】
ノッチ制御部３０４ａとノッチ制御部３０４ｂに、それぞれ異なる機械共振周波数の変化を検知させるには、例えば、各ノッチ制御部の内部にある振動抽出フィルタの通過帯域を、２つの異なる機械共振周波数を中心に、それぞれ重ならない帯域とすれば良い。これによって、ノッチ制御部３０４ａとノッチ制御部３０４ｂは、各々他方の機械共振周波数の変化の影響を受けることなく、対応する機械共振周波数の変化で生じた振動の周波数と対応するノッチフィルタのノッチ周波数が一致するように、ノッチフィルタ３０２ａとノッチフィルタ３０２ｂを制御することができる。
【００７５】
変化率算出部３０５ａと変化率算出部３０５ｂとは、対応するそれぞれのノッチ制御部が出力したノッチ周波数の単位時間当たりの変化量を、ノッチ周波数変化率Δωｎａとノッチ周波数変化率Δωｎｂとして、変化率監視部４０６に出力する。
【００７６】
変化率監視部４０６は、入力されたノッチ周波数変化率Δωｎａとノッチ周波数変化率Δωｎｂとの絶対値に対して、各々が設定された所定の閾値を超えているか否かを判定し、判定結果を変化率監視信号Ｓ＿ｆｎとして出力する。例えば、少なくとも一方が閾値を超えている場合はＳ＿ｆｎを１とし、いずれのノッチ周波数変化率の絶対値もそれぞれ設定された閾値を超えていない場合はＳ＿ｆｎを０とする。
【００７７】
このような構成を取ることで、機械共振周波数が２つある場合でも、各機械共振周波数の変化に対し、少なくともひとつのノッチ周波数変化率が所定範囲を超えた場合に、その旨を通知する信号を出力することで、電動機制御装置４００を用いたシステムにおいて、機械共振周波数の変化に起因して異常動作が発生してしまう予兆を、ユーザが認識することができるようになる。
【００７８】
以上のように、本実施の形態の電動機制御装置４００は、機械共振周波数が２つある場合でも、各機械共振周波数の変化に対し、少なくともひとつの機械共振周波数の単位時間当たりの変化量が所定範囲外の値となった場合に、その旨を通知する信号を出力する。これにより、電動機制御装置４００を用いたシステムにおいて、機械共振周波数の変化に起因して異常動作が発生してしまう予兆を、ユーザが認識することができるようになる。
【００７９】
また、本実施の形態では、ノッチフィルタ、ノッチ制御部、および変化率算出部が２個ある構成としたが、３個以上あっても良い。この場合は、各ノッチフィルタ、各ノッチ制御部、および変化率監視部は、同様の働きをすれば良い。このような構成を取ることで、機械共振周波数が３つ以上ある場合でも、各機械共振周波数の変化に対し、少なくともひとつの機械共振周波数の単位時間当たりの変化量が所定範囲外の値となった場合に、その旨を通知する信号を出力する。これにより、本実施の形態の電動機制御装置４００を用いたシステムにおいて、機械共振周波数の変化に起因して異常動作が発生してしまう予兆を、ユーザが認識することができるようになる。
【００８０】
なお、電動機制御装置４００を構成する各構成要素、すなわち、フィードバック制御部３０１、ノッチフィルタ３０２ａ、ノッチフィルタ３０２ｂ、トルク制御部３０３、ノッチ制御部３０４ａ、ノッチ制御部３０４ｂ、変化率算出部３０５ａ、変化率算出部３０５ｂ、変化率監視部４０６は、各々、専用ハードウエアからなるアナログ回路もしくはデジタル回路で実現されても良い。また、各構成要素は、メモリとプロセッサとを含むコンピュータ装置において、メモリに格納されたプログラムを、プロセッサが実行することで実現されても良い。
【００８１】
（実施の形態３）
図５は、実施の形態３における電動機制御装置５００の構成の一例を示すブロック図である。図５において、実施の形態１における図１の構成要素と同じ機能および動作をするものについては、同じ符号で示し、その動作説明を省略する。図５に示すように、実施の形態３における電動機制御装置５００では、図１に示した構成に対し、変化率算出部３０５と変化率監視部３０６に代えて、ノッチ周波数出力部５０７と変化予測部５０８とが新たに内部に設置されている。ノッチ制御部３０４の出力であるノッチ周波数ωｎが、ノッチフィルタ３０２とノッチ周波数出力部５０７とに入力される。
【００８２】
ノッチ周波数出力部５０７は、ノッチ制御部３０４によって適宜変更されたノッチ周波数をサンプリングする。すなわち、ノッチ周波数出力部５０７は、ノッチ制御部３０４におけるノッチ周波数ωｎの逐次変更周期で入力されたノッチ周波数ωｎに対し、ノッチ周波数ωｎの逐次変更周期より長い単位時間周期（すなわち、サンプリング周期）で、ノッチ周波数ωｎ＿ｔを出力する。
【００８３】
変化予測部５０８は、過去の複数時点におけるノッチ周波数に基づいて、現在時刻から、将来においてノッチ周波数が特定の周波数範囲外となるまでの経過時間の予測値と、現在時刻から、将来においてノッチ周波数が特定の周波数範囲外となる時刻までの経過時間の予測値とを算出して出力する。変化予測部５０８は、機械設備に異常動作が生じない範囲として許容される、機械共振周波数の下限値が予め設定されている。変化予測部５０８には、単位時間ごとに、ノッチ周波数出力部５０７から出力されたノッチ周波数ωｎ＿ｔが入力される。入力されたノッチ周波数ωｎ＿ｔをもとに、変化予測部５０８は、機械共振周波数が現在時刻から予め設定された下限値に達するまでの時間を予測演算する。変化予測部５０８は、現在時刻から異常動作が生じるまでの時間予測値Δｔを出力する。
【００８４】
変化予測部５０８における時間予測値Δｔの予測演算の詳細について説明する。図６は、実施の形態３における電動機制御装置５００の変化予測部５０８による予測演算の概要を示す図である。図６において、横軸は時間、縦軸はノッチ周波数である。図６は、現在時刻ｔ＿ｉにおいて、ノッチ周波数ωｎ＿ｔ＿ｉが入力されていることを示している。ノッチ周波数ωｎは、サンプリング周期ごとに変化予測部５０８に入力されている。前回時刻ｔ＿ｉ−１にノッチ周波数ωｎ＿ｔ＿ｉ−１が、前々回時刻ｔ＿ｉ−２にノッチ周波数ωｎ＿ｔ＿ｉ−２が、それぞれ入力されている。前々回時刻以前のノッチ周波数も同様に入力されている。変化予測部５０８に最初に入力されたノッチ周波数を、ここでは、ωｎ＿ｔ＿ｉ−Ｎと表記する。図６は、ノッチ周波数の変化の一例として、時間の経過に従ってノッチ周波数ωｎ＿ｔが小さくなることを示している。ωｎ＿ｔａｒｇｅｔは、機械設備に異常動作が生じない範囲として設定されている、機械共振周波数の下限値である。
【００８５】
変化予測部５０８は、予め設定されている機械共振周波数の下限値ωｎ＿ｔａｒｇｅｔ、ある時刻ｔ＿ｉにおいてこれまでに入力されたωｎ＿ｔ＿ｉ−Ｘ（Ｘ＝０，１、２、・・・、Ｎ）、そしてノッチ周波数ωｎ＿ｔ＿ｉが変化予測部５０８に入力されるサンプリング周期Ｔｓをもとに、現在時刻ｔ＿ｉから機械共振周波数が予め設定された下限値ωｎ＿ｔａｒｇｅｔに達するまでの時間予測値Δｔを算出する。つまり、Δｔは、機械共振周波数が現在時刻から異常動作を生じない範囲で許容できる下限値に達するまでの時間予測値である。Δｔは、例えば、（数３）および（数４）で算出する。
【００８６】
【数３】
2018061452.tif 000017
【００８７】
【数４】
2018061452.tif 000018
【００８８】
（Ｘ＝０、１、２、・・・Ｎ−１）
（数３）において、Δωｎ＿ｉ−Ｘ（Ｘ＝０、１、２、・・・Ｎ−１）は、各時刻におけるサンプリング周期当たりのノッチ周波数の変化量であり、（数４）によって算出される。（数３）の右辺でサンプリング周期Ｔｓに乗じる分数項のうち、分母項は、これまでに入力されたサンプリング周期当たりのノッチ周波数の変化量の平均値を示している。分数項のうち、分子項は、時刻ｔ＿ｉにおけるノッチ周波数ωｎ＿ｔ＿ｉと予め設定された下限値ωｎ＿ｔａｒｇｅｔとの差を示している。つまり（数３）は、現在時刻ｔ＿ｉにおいて、ノッチ周波数が予め設定された下限値ωｎ＿ｔａｒｇｅｔに至るまでの時間を、現在時刻までに入力されたノッチ周波数に対して、線形補間を用いて算出することを示している。
【００８９】
以上の構成により、機械共振周波数が変化する場合に、機械共振振動が常に抑制されていても、現在時刻までのノッチ周波数をもとに、機械共振周波数が異常動作を生じない範囲で許容できる下限値に達するまでの時間を、異常動作が生じる前に高精度に算出することができる。したがって、機械共振周波数の変化による異常動作の発生前に、異常動作が生じるまでの時間を、ユーザに通知し、機械共振周波数の変化または設備保全に関して、注意を促すことができる。
【００９０】
以上のように、本実施の形態の電動機制御装置５００は、機械共振周波数の変化に対し、現在時刻までの機械共振周波数の変化から、機械共振周波数が異常動作を生じない範囲で許容できる下限値に至るまでの時間を予測して出力する。これにより、電動機制御装置５００を用いたシステムにおいて、機械共振周波数の変化に起因して異常動作が発生してしまう予兆を、ユーザが認識することができるようになる。
【００９１】
また、本実施の形態の電動機制御装置５００は、現在時刻までのノッチ周波数の変化をもとに、機械共振周波数が異常動作を生じない範囲で許容できる下限値に達するまでの時間を算出する構成とした。しかし、機械共振周波数が、機械設備で異常が生じない範囲として許容される機械共振周波数の上限値を予め設定し、機械共振周波数が設定した上限値に達するまでの時間予測値も算出する、構成としても良い。また、機械共振周波数が、機械設備で異常が生じない範囲として許容される機械共振周波数の下限値と上限値を予め設定し、機械共振周波数が設定した上下限値のいずれかに達するまでの時間予測値を算出する、構成としても良い。このような構成とすることで、機械共振周波数の減少あるいは増加に関わらず、機械共振周波数の変化による異常動作が生じない範囲として、許容される機械共振周波数の上下限値に達するまでの時間を、常に算出することができる。
【００９２】
また、本実施の形態では、（数３）のように、現在時刻までに入力された全てのノッチ周波数に対して線形補間を用いることで、異常動作が生じるまでの時間予測値を算出する構成とした。しかし、現在時刻に近いノッチ周波数ほど予測演算に反映されやすい構成としても良い。例えば、線形補間において、現在時刻との時間差に応じて、単位時間当たりのノッチ周波数の変化量に重み係数を乗じる構成としても良い。このような構成を取ることで、異常動作が生じるまでの時間予測値を、より高精度に算出することができる。
【００９３】
また、本実施の形態では、（数３）のように、現在時刻までのノッチ周波数を線形補間することで、異常動作が生じるまでの時間を予測演算する構成とした。しかし、線形補間以外の手段を用いた構成としても良い。例えば、二次関数曲線、指数曲線、または対数曲線にフィッティングさせる構成であっても良い。機械共振周波数の変化の傾向が既知の場合は当該傾向に合致した予測演算式を用いても良い。このような構成を取ることで、異常動作が生じるまでの時間予測値を、より高精度に算出することができる。
【００９４】
また、本実施の形態では、変化予測部５０８が、異常動作が生じるまでの時間予測値を出力する構成とした。しかし、予め設定した所定時間後のノッチ周波数を出力する構成であっても良い。予め設定した所定時間後のノッチ周波数を算出する方法は、例えば、機械共振周波数が現在時刻から予め設定された下限値に達するまでの時間を予測する場合と同様に、現在時刻までのノッチ周波数を線形補間することで算出する等が考えられる。変化予測部５０８が、現在時刻までのノッチ周波数をもとに、異常動作が生じるまでの時間予測値と、所定時間後のノッチ周波数の双方を出力する構成であっても良い。
【００９５】
また、変化予測部５０８が、異常動作が生じるまでの時間予測値を出力する代わりに、異常動作が生じる時刻予測値を出力するとしても良い。
【００９６】
また、本実施の形態では、ノッチ周波数出力部５０７が所定のサンプリング周期ごとにノッチ周波数を出力する構成とした。しかし、連続運転時間中にのみ、サンプリング周期ごとにノッチ周波数を出力する構成であっても良い。また、変化予測部５０８が出力する異常動作が生じるまでの時間予測値についても、異常動作が生じるまでの連続運転時間の予測値であっても良い。このような構成を取ることで、機械設備が頻繁に駆動と休止を繰り返す場合でも、電動機制御装置５００を用いたシステムにおいて、機械共振周波数の変化に起因して、異常動作が発生してしまう予兆を、ユーザが認識することができるようになる。
【００９７】
また、本実施の形態では、フィードバック制御系内に配置されたノッチフィルタ３０２のノッチ周波数が、常に電動機速度に含まれる振動の周波数となるように制御される構成とした。しかし、フィードバック制御系内に配置されたノッチフィルタ３０２のノッチ周波数が、フィードバック系の制御帯域と重なることがないように、ノッチ周波数の取り得る値を上下限値で制限する構成としても良い。また、この場合のノッチ周波数の下限値は、フィードバック制御系の制御帯域より大きい値に設定しても良い。このような構成を取ることで、フィードバック制御系の制御帯域と、フィードバック制御系内に配置されたノッチフィルタ３０２のノッチ周波数が重なることを防ぐことができる。したがって、フィードバック制御系の不安定化による発振を未然に防ぐことができる。
【００９８】
なお、電動機制御装置５００を構成する各構成要素、すなわち、フィードバック制御部３０１、ノッチフィルタ３０２、トルク制御部３０３、ノッチ制御部３０４、ノッチ周波数出力部５０７、変化予測部５０８は、各々、専用ハードウエアからなるアナログ回路もしくはデジタル回路で実現されても良い。また、各構成要素は、メモリとプロセッサとを含むコンピュータ装置において、メモリに格納されたプログラムを、プロセッサが実行することで実現されても良い。
【００９９】
（実施の形態４）
図７は、実施の形態４における電動機制御装置６００の構成の一例を示すブロック図である。図７において、実施の形態３における図５の構成要素と同じ機能および動作をするものについては、同じ符号で示し、その動作説明を省略する。図７に示すように、実施の形態４における電動機制御装置６００では、図５に示した構成に対し、ノッチフィルタ、ノッチ制御部、およびノッチ周波数出力部が、各々１個から２個に増えている。
【０１００】
電動機制御装置６００では、機械共振が２つ有る場合でも、その振動を低減できるように、フィードバック制御部３０１の後段に、ノッチ周波数ωｎ１ａであるノッチフィルタ３０２ａと、ノッチ周波数ωｎ１ｂであるノッチフィルタ３０２ｂとが直列に接続されている。ノッチ周波数ωｎ１ａとノッチ周波数ωｎ１ｂとは、２つの機械共振周波数のいずれかに対応するように、それぞれ異なる値が設定される。各ノッチフィルタのノッチ周波数を変更するために、ノッチフィルタ３０２ａに対応したノッチ制御部３０４ａと、ノッチフィルタ３０２ｂに対応したノッチ制御部３０４ｂとを個別に備えている。ノッチ制御部３０４ａとノッチ制御部３０４ｂとは、２つの機械共振周波数がそれぞれ変化した場合に、それぞれの機械共振周波数の変化に応じて、対応するノッチフィルタのノッチ周波数を変化後の機械共振周波数に変更する。同時に、それぞれのノッチ周波数を対応するノッチ周波数出力部５０７ａとノッチ周波数出力部５０７ｂへ出力する。ノッチ制御部３０４ａとノッチ制御部３０４ｂに、それぞれ異なる機械共振周波数の変化を検知させるには、例えば、各ノッチ制御部の内部にある振動抽出フィルタの通過帯域を、２つの異なる機械共振周波数を中心に、それぞれ重ならない帯域とすれば良い。これによって、ノッチ制御部３０４ａとノッチ制御部３０４ｂは、それぞれ他方の機械共振周波数の変化の影響を受けることなく、対応する機械共振周波数の変化を検知することができる。
【０１０１】
ノッチ周波数出力部５０７ａとノッチ周波数出力部５０７ｂとは、それぞれノッチ制御部３０４ａ、ノッチ制御部３０４ｂに対応するノッチ周波数出力部である。所定のサンプリング周期ごとに、対応するノッチ制御部から出力されたノッチ周波数を、ノッチ周波数ωｎａ＿ｔ、ノッチ周波数ωｎｂ＿ｔとして変化予測部６０８に出力する。
【０１０２】
変化予測部６０８は、予めノッチ制御部３０４ａとノッチ制御部３０４ｂに対応する機械共振周波数に対して、それぞれ異常動作が生じない範囲として許容される機械共振周波数の上下限値が設定されている。変化予測部６０８は、ノッチ周波数出力部５０７ａとノッチ周波数出力部５０７ｂより入力される現在時刻までのサンプリング周期ごとのノッチ周波数をもとに、ノッチ周波数が上下限値に達するまでの時間予測値をΔｔａ、Δｔｂとして算出する。算出した時間予測値ΔｔａとΔｔｂとのうち、より小さい時間予測値を、現在時刻から機械設備に異常動作が生じるまでの時間予測値Δｔ＿ｍｉｎとして出力する。Δｔａ、Δｔｂの算出については例えば、それぞれ個別に、対応する現在時刻までのノッチ周波数をもとに、実施の形態３で示した算出法と同様の手法を適用すれば良い。
【０１０３】
以上の構成を取ることで、機械共振周波数が２つある場合でも、現在時刻から機械共振周波数の変化による異常動作が生じるまでの時間を、高精度に把握することができる。したがって、電動機制御装置６００を用いたシステムにおいて、機械共振周波数の変化に起因して異常動作が発生してしまう予兆を、ユーザが認識することができるようになる。
【０１０４】
以上のように、本実施の形態の電動機制御装置６００は、機械共振周波数が２つある場合でも、現在時刻までの各機械共振周波数の変化から、２つの機械共振周波数が、それぞれ異常動作を生じない範囲で許容できる上下限値に至るまでの時間を予測し、両者のうち、より短い時間を出力する。これにより、電動機制御装置６００を用いたシステムにおいて、機械共振周波数の変化に起因して異常動作が発生してしまう予兆を、ユーザが認識することができるようになる。
【０１０５】
また、本実施の形態では、機械共振周波数が２つある場合を前提に、ノッチフィルタ、ノッチ制御部、およびノッチ周波数出力部が２個ずつある構成としたが、各々が３個以上ある構成であっても良い。この場合は、各ノッチフィルタ、各ノッチ制御部、各ノッチ周波数出力部、および変化予測部は、実施の形態４と同様の働きをすれば良い。このような構成を取ることで、機械共振周波数が３つ以上ある場合でも、各機械共振周波数の変化に対し、現在時刻までの機械共振周波数の変化から、機械共振周波数が異常動作を生じない範囲で許容できる上下限値に至るまでの最短時間を予測して出力する。これにより、本実施の形態の電動機制御装置を用いたシステムにおいて、機械共振周波数の変化に起因して異常動作が発生してしまう予兆を、ユーザが認識することができるようになる。
【０１０６】
なお、電動機制御装置６００を構成する各構成要素、すなわち、フィードバック制御部３０１、ノッチフィルタ３０２ａ、ノッチフィルタ３０２ｂ、トルク制御部３０３、ノッチ制御部３０４ａ、ノッチ制御部３０４ｂ、ノッチ周波数出力部５０７ａ、ノッチ周波数出力部５０７ｂ、変化予測部６０８は、各々、専用ハードウエアからなるアナログ回路もしくはデジタル回路で実現されても良い。また、各構成要素は、メモリとプロセッサとを含むコンピュータ装置において、メモリに格納されたプログラムを、プロセッサが実行することで実現されても良い。
【０１０７】
また、実施の形態１から４では、電動機制御装置は、電動機速度が速度指令に追従するようにフィードバック制御するフィードバック制御部を有する構成とした。しかし、フィードバック制御部に加え、速度指令をもとに電動機速度が速度指令に一致するようなトルク指令を算出するフィードフォワード制御部を有する構成であっても良い。
【０１０８】
また、本実施の形態１から４では、電動機制御装置は電動機速度を制御する構成としたが、電動機位置を制御する構成であっても良い。
【産業上の利用可能性】
【０１０９】
本発明は、機械共振周波数が変化する機械設備に広く利用可能である。
【符号の説明】
【０１１０】
１００    電動機
１０１    接合部
１０２    機械負荷
２００    速度検出器
３００    電動機制御装置
３０１    フィードバック制御部
３０２    ノッチフィルタ
３０２ａ    ノッチフィルタ
３０２ｂ    ノッチフィルタ
３０３    トルク制御部
３０４    ノッチ制御部
３０４ａ    ノッチ制御部
３０４ｂ    ノッチ制御部
３０４１    振動抽出フィルタ
３０４２    検出用ノッチフィルタ
３０４３    ノッチ周波数変更部
３０５    変化率算出部
３０５ａ    変化率算出部
３０５ｂ    変化率算出部
３０６    変化率監視部
４００    電動機制御装置
４０６    変化率監視部
５００    電動機制御装置
５０７    ノッチ周波数出力部
５０７ａ    ノッチ周波数出力部
５０７ｂ    ノッチ周波数出力部
５０８    変化予測部
６００    電動機制御装置
６０８    変化予測部
７００    電動機制御装置
７０１    フィードバック制御部
７０２    ノッチフィルタ
７０３    トルク制御部
７１０    ノッチ周波数推定部
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電動機または機械負荷の状態量をフィードバック制御する電動機制御装置であって、
フィードバック制御系内に配置され、除去する周波数成分を変更可能な第１ノッチフィルタと、
前記第１ノッチフィルタの中心周波数である第１のノッチ周波数を変更する第１ノッチ制御部と、
前記第１のノッチ周波数の単位時間当たりの変化量を示すノッチ周波数変化率を逐次算出する変化率算出部と、
前記ノッチ周波数変化率が、第１の所定範囲外の値となった場合に、前記ノッチ周波数変化率が前記第１の所定範囲外の値となった旨を示す信号を出力する変化率監視部とを備える電動機制御装置。
【請求項２】
前記変化率算出部は、前記ノッチ周波数変化率が、前記第１の所定範囲よりも狭い第２の所定範囲外の値となった場合には、前記ノッチ周波数変化率を逐次算出する時間間隔を、前記ノッチ周波数変化率が、前記第２の所定範囲内の値である場合よりも短くして、前記ノッチ周波数変化率を算出する
請求項１記載の電動機制御装置。
【請求項３】
前記第１ノッチ制御部は、予め定められたノッチ周波数の範囲内に限って、前記第１のノッチ周波数を変更する
請求項１に記載の電動機制御装置。
【請求項４】
前記第１のノッチ周波数が、前記フィードバック制御系の制御帯域と重なることがないように定められている
請求項３記載の電動機制御装置。
【請求項５】
さらに、
前記フィードバック制御系内に配置され、除去する周波数成分が変更可能な第２ノッチフィルタと、
前記第２ノッチフィルタの中心周波数である第２のノッチ周波数を変更する第２ノッチ制御部とを備え、
前記第１ノッチフィルタおよび前記第２ノッチフィルタは直列接続され、
前記変化率算出部は、前記第１ノッチ制御部および前記第２ノッチ制御部の各々に対応して、ノッチ周波数変化率を算出し、
前記変化率監視部は、前記変化率算出部によって算出されたノッチ周波数変化率のうちの少なくとも１つが前記第１の所定範囲外の値となった場合に、前記少なくとも１つのノッチ周波数変化率が前記第１の所定範囲外の値となった旨を示す信号を出力する
請求項１に記載の電動機制御装置。
【請求項６】
電動機または機械負荷の状態量をフィードバック制御する電動機制御方法であって、
除去する周波数成分を変更可能なノッチフィルタの中心周波数であるノッチ周波数を変更するノッチ制御ステップと、
前記ノッチ周波数の単位時間当たりの変化量を示すノッチ周波数変化率を逐次算出する変化率算出ステップと、
前記ノッチ周波数変化率が、所定範囲外の値となった場合に、前記ノッチ周波数変化率が前記所定範囲外の値となった旨を示す信号を出力する変化率監視ステップとを含む
電動機制御方法。
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
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【図２】
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【図３】
2018061452.tif 000021
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【国際調査報告】
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2018061452.tif 000028
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